Сеть– это набор соединенных между собой устройств, предоставляющих возможность пользователям сохранять, обмениваться и получать доступ к необходимой информации.
Наиболее популярными устройствами, соединяющимися в сеть, являются микрокомпьютеры, миникомпьютеры, мэйнфреймы, терминалы, принтеры, факсы, пейджеры и различные устройства для хранения данных.
Компьютерная сеть – это совокупность, по крайней мере, двух компьютеров, которые соединены между собой таким образом, чтобы был возможен обмен данными между ними.
Работу компьютерных сетей обеспечивают компоненты трех основных типов:
2) средства передачи, такие, как кабели, телефонные иди радиолинии;
3) некоторая совокупность рабочих процедур, или протоколов.
Сеть предоставляет пользователю практически такие же возможности, что и большая мощная ЭВМ, но за гораздо меньшую стоимость.
Компьютерные (информационно-вычислительные) сети представляют собой совокупность компьютеров, объединенных посредством телефонной сети, а также специализированными сетями передачи данных.
Передача информационных потоков на значительные расстояния осуществляется с помощью проводных, кабельных, радиорелейных и спутниковых линий связи. В ближайшее время можно ожидать широкого применения оптической связи по стекловолоконным кабелям.
По географическим масштабам вычислительные сети подразделяются на два вида: локальные и глобальные. Локальная сетьможет иметь протяженность до 10 км. Глобальная сетьможет охватывать значительные расстояния – до сотен и десятков тысяч километров.
1. ЛВС. Такие сети имеют относительно небольшую протяженность и обычно принадлежат какой-либо одной организации, например, предприятию бизнеса или университету.
Для них характерны, как правило, множественный доступ и высокие скорости передачи данных. При разработке ЛВС главная проблема состоит в том, чтобы избежать столкновения посланного сообщения с сообщениями других компьютеров.
Для решения этой проблемы применяются два способа: принцип состязательной конкуренции и эстафетная передача маркера доступа.
Локальная сеть существенно отличается от глобальной сети. ЛС часто называют сетью для автоматизированного учреждения.
Существует два основных типа сетей: одноранговые и сети на основе сервера. В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного сервера. Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом.
2. Территориальные сети. Такие сети соединяют между собой территориально удаленные друг от друга компьютеры; по своей протяженности они могут быть региональными, общегосударственными или глобальными. Обычно они эксплуатируются как сети с открытым доступом или находятся под совместным управлением многих организаций.
В территориальных сетях используется коммутируемая среда передачи, так: что информация, посылаемая по таким сетям, прежде чем она достигнет своего пункта назначения, проходит через один или большее число промежуточных пунктов, называемых коммутаторами. Примерами коммутируемых сетей могут служить телефонная, телеграфная и почтовая системы. Территориальные сети обычно строят на базе существующих систем связи, хотя для них могут использоваться также выделенные микроволновые каналы, радиоканалы для связи с мобильными объектами и спутниковые каналы.
В большинстве территориальных сетей применяют метод пакетной коммутации, при котором подлежащие передаче данные группируются в небольшие пакеты. Каждый пакет содержит в себе адреса посылающего и принимающего компьютеров, а также информацию для управления. Сеть использует эту информацию для отправки пакетов адресатам и их сборки в надлежащем порядке.
Преимущество пересылки отдельных пакетов по сравнению с непрерывным процессом передачи состоит в том, что каналы связи можно в этом случае использовать более эффективно. Пакеты, приходящие по разным линиям от разных отправителей, могут вперемежку пересылаться по одному и тому же участку сети, так что пропускная способность сети не будет оставаться неиспользуемой, когда какой-либо из каналов не загружен. Кроме того, пакеты, приходящие по одной и той же линии, могут посылаться в свои пункты назначения по разным маршрутам, что позволяет распределять трафик по многим каналам и реагировать на неисправность в какой-либо части сети.
По способу передачи информации различают следующие типы глобальной информационно-вычислительной сети (ИВС).
Спутниковая связь. Линия связи через спутниковый транслятор обладает большой пропускной способностью, перекрывает огромные расстояния, передает информацию с высокой надежностью вследствие низкого уровня помех. Эти достоинства делают спутниковую связь уникальным и эффективным средством передачи информации. Почти весь объем пересылаемой информации спутниковой связи приходится на геостационарные спутники. Но спутниковая связь весьма дорога, так как необходимо иметь наземные станции, антенны, собственно спутник, а также на спутнике необходимо иметь корректирующие двигатели и соответствующие системы управления для удержания его на орбите. В общем балансе связи на спутниковые системы пока приходится примерно 3 % мирового трафика. Но потребности в спутниковых линиях продолжают расти, поскольку при дальности свыше 800 км спутниковые каналы становятся экономически более выгодными по сравнению с другими видами дальней связи.
Оптоволоконная связь. Благодаря огромной пропускной способности и помехозащищенности, оптический кабель становится незаменимым в информационно-вычислительных сетях, где требуется передавать большие объемы информации с исключительно высокой надежностью, в местных телевизионных сетях и локальных вычислительных сетях. Быстрые темпы развития производства световодов и соответствующей аппаратуры ведут к снижению стоимости оптических линий связи и к их более широкому распространению.
Радиосвязь. К сожалению, радио как беспроволочный вид связи несвободно от недостатков. Атмосферные и промышленные помехи, взаимное влияние радиостанций, замирание на коротких волнах, высокая стоимость специальной аппаратуры – все это затрудняет использование радиосвязи в ИВС.
Радиорелейная связь. Освоение диапазона ультракоротких волн позволило создать радиорелейные линии. Недостатком радиорелейных линий связи является необходимость установки через определенные промежутки ретрансляционных станций, их обслуживание и т. д.
Модемная связь. Наиболее распространенным вариантом сетей сегодня является модемная телефонная сеть на основе стандартной телефонной линии и персонального компьютера. Она позволяет создавать информационно-вычислительные сети практически на неограниченной территории, при этом по указанной сети могут передаваться как данные, так и речевая информация. Основным преимуществом организации информационно-вычислительной сети на основе телефонной линии связи является стандартность и доступность всех ее компонентов, а также охват телефонной сетью, хотя и неравномерный, почти всего земного шара. Количество абонентов такой информационно-вычислительной сети практически неограниченно.
Для соединения компьютера с телефонной сетью используется специальная плата, называемая модемом, а также соответствующее программное обеспечение.
Преимущества, которые имеют сети ЭВМ для деловых применений заключаются в следующем:
— доступ к информации;
— разделение прикладных программ;
— одновременный ввод данных в прикладные программы;
Сеть– это набор соединенных между собой устройств, предоставляющих возможность пользователям сохранять, обмениваться и получать доступ к необходимой информации.
Наиболее популярными устройствами, соединяющимися в сеть, являются микрокомпьютеры, миникомпьютеры, мэйнфреймы, терминалы, принтеры, факсы, пейджеры и различные устройства для хранения данных.
Компьютерная сеть – это совокупность, по крайней мере, двух компьютеров, которые соединены между собой таким образом, чтобы был возможен обмен данными между ними.
Работу компьютерных сетей обеспечивают компоненты трех основных типов:
2) средства передачи, такие, как кабели, телефонные иди радиолинии;
3) некоторая совокупность рабочих процедур, или протоколов.
Сеть предоставляет пользователю практически такие же возможности, что и большая мощная ЭВМ, но за гораздо меньшую стоимость.
Компьютерные (информационно-вычислительные) сети представляют собой совокупность компьютеров, объединенных посредством телефонной сети, а также специализированными сетями передачи данных.
Передача информационных потоков на значительные расстояния осуществляется с помощью проводных, кабельных, радиорелейных и спутниковых линий связи. В ближайшее время можно ожидать широкого применения оптической связи по стекловолоконным кабелям.
По географическим масштабам вычислительные сети подразделяются на два вида: локальные и глобальные. Локальная сетьможет иметь протяженность до 10 км. Глобальная сетьможет охватывать значительные расстояния – до сотен и десятков тысяч километров.
1. ЛВС. Такие сети имеют относительно небольшую протяженность и обычно принадлежат какой-либо одной организации, например, предприятию бизнеса или университету.
Для них характерны, как правило, множественный доступ и высокие скорости передачи данных. При разработке ЛВС главная проблема состоит в том, чтобы избежать столкновения посланного сообщения с сообщениями других компьютеров.
Для решения этой проблемы применяются два способа: принцип состязательной конкуренции и эстафетная передача маркера доступа.
Локальная сеть существенно отличается от глобальной сети. ЛС часто называют сетью для автоматизированного учреждения.
Существует два основных типа сетей: одноранговые и сети на основе сервера. В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного сервера. Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом.
2. Территориальные сети. Такие сети соединяют между собой территориально удаленные друг от друга компьютеры; по своей протяженности они могут быть региональными, общегосударственными или глобальными. Обычно они эксплуатируются как сети с открытым доступом или находятся под совместным управлением многих организаций.
В территориальных сетях используется коммутируемая среда передачи, так: что информация, посылаемая по таким сетям, прежде чем она достигнет своего пункта назначения, проходит через один или большее число промежуточных пунктов, называемых коммутаторами. Примерами коммутируемых сетей могут служить телефонная, телеграфная и почтовая системы. Территориальные сети обычно строят на базе существующих систем связи, хотя для них могут использоваться также выделенные микроволновые каналы, радиоканалы для связи с мобильными объектами и спутниковые каналы.
В большинстве территориальных сетей применяют метод пакетной коммутации, при котором подлежащие передаче данные группируются в небольшие пакеты. Каждый пакет содержит в себе адреса посылающего и принимающего компьютеров, а также информацию для управления. Сеть использует эту информацию для отправки пакетов адресатам и их сборки в надлежащем порядке.
Преимущество пересылки отдельных пакетов по сравнению с непрерывным процессом передачи состоит в том, что каналы связи можно в этом случае использовать более эффективно. Пакеты, приходящие по разным линиям от разных отправителей, могут вперемежку пересылаться по одному и тому же участку сети, так что пропускная способность сети не будет оставаться неиспользуемой, когда какой-либо из каналов не загружен. Кроме того, пакеты, приходящие по одной и той же линии, могут посылаться в свои пункты назначения по разным маршрутам, что позволяет распределять трафик по многим каналам и реагировать на неисправность в какой-либо части сети.
По способу передачи информации различают следующие типы глобальной информационно-вычислительной сети (ИВС).
Спутниковая связь. Линия связи через спутниковый транслятор обладает большой пропускной способностью, перекрывает огромные расстояния, передает информацию с высокой надежностью вследствие низкого уровня помех. Эти достоинства делают спутниковую связь уникальным и эффективным средством передачи информации. Почти весь объем пересылаемой информации спутниковой связи приходится на геостационарные спутники. Но спутниковая связь весьма дорога, так как необходимо иметь наземные станции, антенны, собственно спутник, а также на спутнике необходимо иметь корректирующие двигатели и соответствующие системы управления для удержания его на орбите. В общем балансе связи на спутниковые системы пока приходится примерно 3 % мирового трафика. Но потребности в спутниковых линиях продолжают расти, поскольку при дальности свыше 800 км спутниковые каналы становятся экономически более выгодными по сравнению с другими видами дальней связи.
Оптоволоконная связь. Благодаря огромной пропускной способности и помехозащищенности, оптический кабель становится незаменимым в информационно-вычислительных сетях, где требуется передавать большие объемы информации с исключительно высокой надежностью, в местных телевизионных сетях и локальных вычислительных сетях. Быстрые темпы развития производства световодов и соответствующей аппаратуры ведут к снижению стоимости оптических линий связи и к их более широкому распространению.
Радиосвязь. К сожалению, радио как беспроволочный вид связи несвободно от недостатков. Атмосферные и промышленные помехи, взаимное влияние радиостанций, замирание на коротких волнах, высокая стоимость специальной аппаратуры – все это затрудняет использование радиосвязи в ИВС.
Радиорелейная связь. Освоение диапазона ультракоротких волн позволило создать радиорелейные линии. Недостатком радиорелейных линий связи является необходимость установки через определенные промежутки ретрансляционных станций, их обслуживание и т. д.
Модемная связь. Наиболее распространенным вариантом сетей сегодня является модемная телефонная сеть на основе стандартной телефонной линии и персонального компьютера. Она позволяет создавать информационно-вычислительные сети практически на неограниченной территории, при этом по указанной сети могут передаваться как данные, так и речевая информация. Основным преимуществом организации информационно-вычислительной сети на основе телефонной линии связи является стандартность и доступность всех ее компонентов, а также охват телефонной сетью, хотя и неравномерный, почти всего земного шара. Количество абонентов такой информационно-вычислительной сети практически неограниченно.
Для соединения компьютера с телефонной сетью используется специальная плата, называемая модемом, а также соответствующее программное обеспечение.
Преимущества, которые имеют сети ЭВМ для деловых применений заключаются в следующем:
— доступ к информации;
— разделение прикладных программ;
— одновременный ввод данных в прикладные программы;
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНСТИТУТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ: Компьютерные сети
Виды компьютерных сетей
Компьютерные сети можно классифицировать по различным признакам.
I . По принципам управления :
1. Одноранговые – не имеющие выделенного сервера. В которой функции управления поочередно передаются от одной рабочей станции к другой;
2. Многоранговые – это сеть, в состав которой входят один или несколько выделенных серверов. Остальные компьютеры такой сети (рабочие станции) выступают в роли клиентов.
II . По способу соединения :
1. "Прямое соединение "- два персональных компьютера соединяются отрезком кабеля. Это позволяет одному компьютеров (ведущему) получить доступ к ресурсам другого (ведомого);
2. "Общая шина " – подключение компьютеров к одному кабелю;
3. "Звезда " – соединение через центральный узел;
4. "Кольцо " – последовательное соединение ПК по двум направлениям.
III . По охвату территории :
1. Локальная сеть (сеть, в которой компьютеры расположены на расстоянии до километра и обычно соединены при помощи скоростных линий связи.) – 0,1 – 1,0 км; Узлы ЛВС находятся в пределах одной комнаты, этажа, здания.
2. Корпоративная сеть (в пределах находятся в пределах одной организации, фирмы, завода). Количество узлов в КВС может достигать нескольких сотен. При этом в состав корпоративной сети обычно входят не только персональные компьютеры, но и мощные ЭВМ, а также различное технологическое оборудование (роботы, сборочные линии и т.п.).
Корпоративная сеть позволяет облегчить руководство предприятием и управление технологическим процессом, установить четкий контроль за информационными и производственными ресурсами.
3. Глобальная сеть (сеть, элементы которой удалены друг от друга на значительное расстояние) – до 1000 км.
В качестве линий связи в глобальных сетях используются как специально проложенные (например, трансатлантический оптоволоконный кабель), так и существующие линии связи (например, телефонные сети). Количество узлов в ГВС может достигать десятков миллионов. В состав глобальной сети входят отдельные локальные и корпоративные сети.
4. Всемирная сеть – объединение глобальных сетей (Internet).
ТОПОЛОГИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
Топология сети – геометрическая форма и физическое расположение компьютеров по отношению к друг другу. Топология сети позволяет сравнивать и классифицировать различные сети. Различают три основных вида топологии:
Эта топология использует один передающий канал на базе коаксиального кабеля, называемый "шиной". Все сетевые компьютеры присоединяются напрямую к шине. На концах кабеля-шины устанавливаются специальные заглушки – "терминаторы" (terminator). Они необходимы для того, чтобы погасить сигнал после прохождения по шине. К недостаткам топологии "Шина" следует отнести следующее:
•данные, предаваемые по кабелю, доступны всем подключенным компьютерам;
•в случае повреждения "шины" вся сеть перестает функционировать.
Для топологии кольцо характерно отсутствие конечных точек соединения; сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо, по которому передаются данные. Эта топология подразумевает следующий механизм передачи: данные передаются последовательно от одного компьютера к другому, пока не достигнут компьютера-получателя. Недостатки топологии "кольцо" те же, то и у топологии "шина":
•неустойчивость к повреждениям кабельной системы.
В сети с топологией "звезда" все компьютеры соединены со специальным устройством, называемым сетевым концентратором или "хабом" (hub), который выполняет функции распределения данных. Прямые соединения двух компьютеров в сети отсутствуют. Благодаря этому, имеется возможность решения проблемы общедоступности данных, а также повышается устойчивость к повреждениям кабельной системы. Однако функциональность сети зависит от состояния сетевого концентратора.
Методы доступа к несущей в компьютерных сетях
В различных сетях существуют различные процедуры обмена данными между рабочими станциями.
Международный институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers – IEEE) разработал стандарты (IEEE802.3, IEEE802.4 и IEEE802.5), которые описывают методы доступа к сетевым каналам данных.
Наибольшее распространение получили конкретные реализации методов доступа: Ethernet, ArcNet и Token Ring. Эти реализации основаны соответственно на стандартах IEEE802.3, IEEE802.4 и IEEE802.5.
Метод доступа Ethernet
Этот метод доступа, разработанный фирмой Xerox в 1975 году, пользуется наибольшей популярностью. Он обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность.
Для данного метода доступа используется топология "общая шина". Поэтому сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными станциями, подключенными к общей шине. Но сообщение предназначено только для одной станции (оно включает в себя адрес станции назначения и адрес отправителя). Та станция, которой предназначено сообщение, принимает его, остальные игнорируют.
Метод доступа Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением конфликтов, называемых коллизиями (CSMA/CD -Carter Sense Multiple Access with Collision Detection).
Перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу.
Ethernet не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознает такие конфликты. После обнаружения конфликта станции задерживают передачу на некоторое время. Это время небольшое и для каждой станции свое. После задержки передача возобновляется.
Реально конфликты приводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, если работает несколько десятков или сотен станций.
Метод доступа ArcNet
Этот метод разработан фирмой Datapoint Corp. Он тоже получил широкое распространение, в основном благодаря тому, что оборудование ArcNet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token-Ring.
ArcNet используется в локальных сетях с топологией "звезда". Один из компьютеров создает специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одного компьютера к другому.
Если станция желает передать сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет "отцеплено" от маркера и передано станции.
Метод доступа Token-Ring
Метод доступа Token-Ring был разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети.
Этот метод напоминает ArcNet, так как тоже использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. В отличие от ArcNet при методе доступа Token-Ring имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям.
Среды передачи данных, их характеристики
Коаксиальный кабель был первым типом кабеля, использованным для соединения компьютеров в сеть. Кабель данного типа состоит из центрального медного проводника, покрытого пластиковым изолирующим материалом, который, в свою очередь, окружен медной сеткой и/или алюминиевой фольгой. Этот внешний проводник обеспечивает заземление и защиту центрального проводника от внешней электромагнитной интерференции. При прокладке сетей используются два типа кабеля – "Толстый коаксиальный кабель" (Thicknet) и "Тонкий коаксиальный кабель" (Thinnet). Сети на основе коаксиального кабеля обеспечивают передачу со скоростью до 10 Мбит/с. Максимальная длина сегмента лежит в диапазоне от 185 до 500 м в зависимости от типа кабеля.
Кабель типа "витая пара" (twisted pair), является одним из наиболее распространенных типов кабеля в настоящее время. Он состоит из нескольких пар медных проводов, покрытых пластиковой оболочкой. Провода, составляющие каждую пару, закручены вокруг друг друга, что обеспечивает защиту от взаимных наводок. Кабели данного типа делятся на два класса – "экранированная витая пара" ("Shielded twisted pair") и "неэкранированная витая пара" ("Unshielded twisted pair"). Отличие этих классов состоит в том, что экранированная витая пара является более защищенной от внешней электромагнитной интерференции, благодаря наличию дополнительного экрана из медной сетки и/или алюминиевой фольги, окружающего провода кабеля. Сети на основе "витой пары" в зависимости от категории кабеля обеспечивают передачу со скоростью от 10 Мбит/с – 1 Гбит/с. Длина сегмента кабеля не может превышать 100 м (до 100 Мбит/с) или 30 м (1 Гбит/с).
Оптоволоконные кабели представляют собой наиболее современную кабельную технологию, обеспечивающую высокую скорость передачи данных на большие расстояния, устойчивую к интерференции и прослушиванию. Оптоволоконный кабель состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного слоем стеклянного или пластикового покрытия и внешней защитной оболочкой. Передача данных осуществляется с помощью лазерного или светодиодного передатчика, посылающего однонаправленные световые импульсы через центральный проводник. Сигнал на другом конце принимается фотодиодным приемником, осуществляющим преобразование световых импульсов в электрические сигналы, которые могут обрабатываться компьютером. Скорость передачи для оптоволоконных сетей находится в диапазоне от 100 Мбит/c до 2 Гбит/с. Ограничение по длине сегмента составляет 2 км.
