Какие компьютеры служат центральными узлами в компьютерных сетях

Обновлено: 05.07.2024

Даже поверхностно рассматривая работу сети, можно заключить, что вычислительная сеть - это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов . Изучение сети в целом предполагает знание принципов работы отдельных ее элементов, таких как:

компьютеры ;
коммуникационное оборудование ;
операционные системы;
сетевые приложения .

Весь комплекс программно-аппаратных средств сети может быть описан многослойной моделью . В основе любой сети лежит аппаратный слой стандартизированных компьютерных платформ . В настоящее время в сетях успешно применяются компьютеры различных классов - от персональных компьютеров до мэйнфреймов и супер-ЭВМ . Набор компьютеров в сети должен соответствовать набору решаемых сетью задач.

Второй слой - это коммуникационное оборудование . Хотя компьютеры и являются центральными элементами обработки данных в сетях, в последнее время не менее важную роль стали играть коммуникационные устройства. Кабельные системы, повторители , мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и модульные концентраторы из вспомогательных компонентов сети превратились в основные наряду с компьютерами и системным программным обеспечением, как по влиянию на характеристики сети, так и по стоимости. Сегодня коммуникационное устройство может представлять собой сложный специализированный мультипроцессор , который нужно конфигурировать, оптимизировать и администрировать. Изучение принципов работы коммуникационного оборудования требует знакомства с большим количеством протоколов, используемых как в локальных, так и в глобальных сетях.

Третьим слоем, образующим программную платформу сети, являются операционные системы (ОС). От того, какие концепции управления локальными и распределенными ресурсами положены в основу сетевой ОС, зависит эффективность работы всей сети. При проектировании сети важно учитывать, насколько легко данная операционная система может взаимодействовать с другими ОС сети, какой она обеспечивает уровень безопасности и защищенности данных, до какой степени позволяет наращивать число пользователей, можно ли перенести ее на компьютер другого типа и многие другие соображения.

Самый верхний слой сетевых средств образуют различные сетевые приложения , такие как сетевые базы данных , почтовые системы, средства архивирования данных, системы автоматизации коллективной работы и т.д. Очень важно представлять диапазон возможностей, предоставляемых приложениями для различных областей применения, а также знать, насколько они совместимы с другими сетевыми приложениями и операционными системами.

Вычислительная сеть - это многослойный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов : компьютеров , коммуникационного оборудования , операционных систем, сетевых приложений .

Функциональные роли компьютеров в сети

В зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, они могут выступать в трех разных ролях:

Рис. 9.2. Компьютер, занимающийся исключительно обслуживанием запросов других компьютеров, играет роль выделенного сервера сети.
Рис. 9.3. Компьютер, обращающийся с запросами к ресурсам другой машины, играет роль узла-клиента.
Рис. 9.4. Компьютер, совмещающий функции клиента и сервера, является одноранговым узлом.

Очевидно, что сеть не может состоять только из клиентских или только из серверных узлов

Сеть может быть построена по одной из трех схем:

сеть на основе одноранговых узлов - одноранговая сеть ;
сеть на основе клиентов и серверов - сеть с выделенными серверами ;
сеть, включающая узлы всех типов - гибридная сеть .

Каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки, определяющие их области применения.

Одноранговые сети

В одноранговых сетях ( рис. 9.5) все компьютеры равны в возможностях доступа к ресурсам друг друга. Каждый пользователь может по своему желанию объявить какой-либо ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут с ним работать. В одноранговых сетях на всех компьютерах устанавливается такая операционная система, которая предоставляет всем компьютерам в сети потенциально равные возможности. Сетевые операционные системы такого типа называются одноранговыми ОС. Очевидно, что одноранговые ОС должны включать как серверные, так и клиентские компоненты сетевых служб (на рисунке они обозначены буквами, соответственно, С и К). Примерами одноранговых ОС могут служить LANtastic , Personal Ware, Windows for Workgroups , Windows NT Workstation , Windows 95 /98.

Рис. 9.5. Одноранговая сеть (здесь словом "Коммун." обозначены коммуникационные средства).

При потенциальном равноправии всех компьютеров в одноранговой сети часто возникает функциональная несимметричность. Обычно некоторые пользователи не желают предоставлять свои ресурсы для совместного доступа . В таком случае серверные возможности их операционных систем не активизируются, и компьютеры играют роль "чистых" клиентов (на рисунке неиспользуемые компоненты ОС изображены затемненными).

В то же время администратор может закрепить за некоторыми компьютерами сети только функции, связанные с обслуживанием запросов от остальных компьютеров , превратив их таким образом в "чистые" серверы, за которыми пользователи не работают. В такой конфигурации одноранговые сети становятся похожими на сети с выделенными серверами , но это только внешнее сходство - между этими двумя типами сетей остается существенное различие. Изначально в одноранговых сетях отсутствует специализация ОС в зависимости от того, какую роль играет компьютер - клиента или сервера. Изменение роли компьютера в одноранговой сети достигается за счет того, что функции серверной или клиентской частей просто не используются.

Одноранговые сети проще в развертывании и эксплуатации; по этой схеме организуется работа в небольших сетях, в которых количество компьютеров не превышает 10-20. В этом случае нет необходимости в применении централизованных средств администрирования - нескольким пользователям нетрудно договориться между собой о перечне разделяемых ресурсов и паролях доступа к ним.

Однако в больших сетях средства централизованного администрирования, хранения и обработки данных, а особенно защиты данных необходимы. Такие возможности легче обеспечить в сетях с выделенными серверами .

Образовательные тесты по информатике тема - Компьютерные сети с ответами

Правильный вариант ответа отмечен знаком +

1) Предоставляющий свои ресурсы пользователям сети компьютер – это:

2) Центральная машина сети называется:

3) Обобщенная геометрическая характеристика компьютерной сети – это:

- Удаленность компьютеров сети

4) Глобальной компьютерной сетью мирового уровня является:

5) Основными видами компьютерных сетей являются сети:

+ локальные, глобальные, региональные

- клиентские, корпоративные, международные

- социальные, развлекательные, бизнес-ориентированные

6) Протокол компьютерной сети - совокупность:

- Электронный журнал для протоколирования действий пользователей сети

- Технических характеристик трафика сети

+ Правил, регламентирующих прием-передачу, активацию данных в сети

7) Основным назначением компьютерной сети является:

+ Совместное удаленное использование ресурсов сети сетевыми пользователям

- Физическое соединение всех компьютеров сети

- Совместное решение распределенной задачи пользователями сети

8) Узловым в компьютерной сети служит сервер:

- Располагаемый в здании главного офиса сетевой компании

+ Связывающие остальные компьютеры сети

- На котором располагается база сетевых данных

9) К основным компонентам компьютерных сетей можно отнести все перечисленное:

+ Сервер, клиентскую машину, операционную систему, линии

- Офисный пакет, точку доступа к сети, телефонный кабель, хостинг-компанию

- Пользователей сети, сайты, веб-магазины, хостинг-компанию

тест 10) Первые компьютерные сети:

11) Передачу всех данных в компьютерных сетях реализуют с помощью:

12) Обмен информацией между компьютерными сетями осуществляют всегда посредством:

+ Независимых небольших наборов данных (пакетов)

- Побайтной независимой передачи

- Очередности по длительности расстояния между узлами

13) Каналами связи в компьютерных сетях являются все перечисленное в списке:

- Спутниковая связь, солнечные лучи, магнитные поля, телефон

+ Спутниковая связь, оптоволоконные кабели, телефонные сети, радиорелейная связь

- Спутниковая связь, инфракрасные лучи, ультрафиолет, контактно-релейная связь

14) Компьютерная сеть – совокупность:

- Компьютеров, пользователей, компаний и их ресурсов

+ Компьютеров, протоколов, сетевых ресурсов

- Компьютеров, серверов, узлов

15) В компьютерной сети рабочая станция – компьютер:

- Работающий в данный момент

- На станции приема спутниковых данных

16) Указать назначение компьютерных сетей:

- Обеспечивать одновременный доступ всех пользователей сети к сетевым ресурсам

- Замещать выходящие из строя компьютеры другими компьютерами сети

+ Использовать ресурсы соединяемых компьютеров сети, усиливая возможности каждого

17) Составляющие компьютерной сети:

+ Серверы, протоколы, клиентские машины, каналы связи

- Клиентские компьютеры, смартфоны, планшеты, Wi-Fi

- E-mail, TCP, IP, LAN

18) Локальная компьютерная сеть – сеть, состоящая из компьютеров, связываемых в рамках:

+ одного учреждения (его территориального объединения)

- одной города, района

19) Сетевое приложение – приложение:

- Устанавливаемое для работы пользователем сети на свой компьютер

+ каждая часть которого выполнима на каждом сетевом компьютере

тест_20) Наиболее полно, правильно перечислены характеристики компьютерной сети в списке:

- Совокупность однотипных (по архитектуре) соединяемых компьютеров

+ Компьютеры, соединенные общими программными, сетевыми ресурсами, протоколами

- Компьютеры каждый из которых должен соединяться и взаимодействовать с другим

21) Сеть, разрабатываемая в рамках одного учреждения, предприятия – сеть:

22) Маршрутизатор – устройство, соединяющее различные:

- По архитектуре компьютеры

- маршруты передачи адресов для e-mail

23) Локальную компьютерную сеть обозначают:

24) Глобальную компьютерную сеть обозначают:

25) Соединение нескольких сетей дает:

26) Основной (неделимой) единицей сетевого информационного обмена является:

27) Часть пакета, где указаны адрес отправителя, порядок сборки блоков (конвертов) данных на компьютере получателя называется:

28) Передача-прием данных в компьютерной сети может происходить

+ Как последовательно, так и параллельно

29) Компьютерная сеть должна обязательно иметь:

- Более сотни компьютеров

- Спутниковый выход в WWW

тест-30) Скорость передачи данных в компьютерных сетях измеряют обычно в:

31) Сеть, где нет специально выделяемого сервера называется:

- Не привязанной к серверу

32) Выделенным называется сервер:

+ Функционирующий лишь как сервер

- На котором размещается сетевая информация

- Отвечающий за безопасность ресурсов, клиентов

33) Сервер, управляющий клиентским доступом к файлам называется:

34) Сервер для реализации прикладных клиентских приложений называется:

35) Серверы для передачи-приема e-mail называют:

37) Правильно утверждение "Звезда"

- Топологию «Звезда» можно собрать из нескольких топологий «Кольцо»

+ Топологию «Дерево» можно собрать из нескольких топологий «Звезда»

- Топологию «Шина» можно собрать из нескольких топологий «Дерево»

38) Сетевая топология определяется способом, структурой:

компьютеры ;
коммуникационное оборудование ;
операционные системы;
сетевые приложения .

Функциональные роли компьютеров в сети

Очевидно, что сеть не может состоять только из клиентских или только из серверных узлов

Сеть может быть построена по одной из трех схем:

сеть на основе одноранговых узлов - одноранговая сеть ;
сеть на основе клиентов и серверов - сеть с выделенными серверами ;
сеть, включающая узлы всех типов - гибридная сеть .

Каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки, определяющие их области применения.

Одноранговые сети

Рис. 9.5. Одноранговая сеть (здесь словом "Коммун." обозначены коммуникационные средства).

Топология локальной сети

Первое к чему нужно приступать при изучении основ функционирования компьютерных сетей, это топология (структура) локальной сети. Существует три основных вида топологии: шина, кольцо и звезда.

Линейная шина

Кольцо

В данной топологии каждый из компьютеров соединен только с двумя участниками сети. Принцип функционирования такой ЛВС заключается в том, что один из компьютеров принимает информацию от предыдущего и отправляет её следующему выступая в роли повторителя сигнала, либо обрабатывает данные если они предназначались ему. Локальная сеть, построенная по кольцевому принципу более производительна в сравнении с линейной шиной и может объединять до 1000 компьютеров, но, если где-то возникает обрыв сеть полностью перестает функционировать.

Звезда

Топология звезда, является оптимальной структурой для построения ЛВС. Принцип работы такой сети заключается во взаимодействии нескольких компьютеров между собой по средствам центрального коммутирующего устройства (коммутатор или свитч). Топология звезда позволяет создавать высоконагруженные масштабируемые сети, в которых центральное устройство может выступать, как отдельная единица в составе многоуровневой ЛВС. Единственный минус в том, что при выходе из строя центрального коммутирующего устройства рушится вся сеть или её часть. Плюсом является то, что, если один из компьютеров перестаёт функционировать это никак не сказывается на работоспособности всей локальной сети.

Что такое MAC-адрес, IP-адрес и Маска подсети?

Прежде чем познакомиться с основными принципами взаимодействия сетевых устройств, необходимо подробно разобрать, что такое IP-адрес, MAC-адрес и Маска подсети.

Маска подсети – специальная запись, которая позволяет по IP-адресу вычислять адрес подсети и IP-адрес компьютера в данной сети. Пример записи маски подсети: 255.255.255.0. О том, как происходит вычисление IP-адресов мы рассмотрим чуть позже.

Что такое ARP протокол или как происходит взаимодействие устройств ЛВС?

Сетевой коммутатор и маршрутизатор (роутер)

Коммутатор содержит таблицу MAC-адресов устройств локальной сети непосредственно подключенных к его портам. Изначально таблица пуста и начинает заполняться при старте работы коммутатора, происходит сопоставление MAC-адресов устройств и портов, к которым они подключены. Это необходимо для того, чтобы коммутатор напрямую пересылал информационные пакеты тем участникам локальной сени, которым они предназначены, а не опрашивал все устройства ЛВС.

Маршрутизатор также имеет таблицу, в которую заносит IP-адреса устройств на основе анализа локальной сети. Роутер может самостоятельно раздавать IP-адреса устройствам ЛВС благодаря протоколу динамического конфигурирования узла сети (DHCP). Таблица маршрутизации позволяет роутеру вычислять наикратчайшие маршруты для отправки информационных пакетов между различными узлами ЛВС. Данные узлы (компьютеры) могут находиться в любом сегменте многоуровневой сети невзирая на архитектуру той или иной подсети. К примеру, маршрутизатор связывает локальную сеть с глобальной (интернет) через сеть провайдера.

Пример маршрутизации

Допустим, в таблице маршрутизации есть такая запись:

Сеть	Маска	Интерфейс
192.168.1.0	255.255.255.0	192.168.1.96

Роутер получает пакет, предназначенный для хоста с IP-адресом 192.168.1.96, после чего начинает обход таблицы маршрутизации и обнаруживает, что при наложении маски подсети 255.255.255.0 на IP-адрес 192.168.1.96 вычисляется сеть с IP-адресом 192.168.1.0. Пройдя строку до конца роутер находит IP-адрес интерфейса 192.168.1.96, на который и отправляет полученный пакет.

Как происходит вычисление IP-адреса сети и компьютера?

Для вычисления IP-адреса сети используется маска подсети. Начнем с того, что привычная для наших глаз запись IP-адреса представлена в десятеричном формате (192.168.1.96). На самом деле, сетевое устройство данный IP-адрес видит, как набор нолей и единиц, то есть в двоичной системе исчисления (11000000.10101000.00000001.01100000). Так же выглядит и маска подсети (255.255.255.0 -> 11111111.11111111.11111111.00000000).

IP-адрес назначения	192.168.1.96	11000000 10101000 00000001 01100000
Маска подсети	255.255.255.0	11111111 11111111 11111111 00000000
IP-адрес сети	192.168.1.0	11000000 10101000 00000001 00000000

Что получается? Какой бы у нас не был IP-адрес назначения (к примеру 192.168.1.96 или 192.168.1.54) при наложении на него маски подсети (255.255.255.0) будет получаться один и тот же результат (192.168.1.0). Происходит это из-за поразрядного (побитного) сравнения записей (1х1 = 1, 1х0 = 0, 0х1 = 0). При этом IP-адрес компьютера берётся из последней группы цифр IP-адреса назначения. Также стоит учитывать, что из общего диапазона адресов, в рамках одной подсети, доступно будет на два адреса меньше, потому что 192.168.1.0 – является IP-адресом самой сети, а 192.168.1.255 – служебным широковещательным адресом для передачи общих пакетов запросов.

Что такое NAT?

Принцип NAT заключается в следующем: при отправке пакета из ЛВС маршрутизатор подменяет IP-адрес локальной машины на свой собственный, а при получении производит обратную замену и отправляет данные на тот компьютер, которому они и предназначались.

Компьютерная сеть — это группа (два и более) компьютеров, соединенных каналами передачи данных.

Компьютерные сети обеспечивают:

— быстрый обмен данными;

— совместное использование ресурсов (сканеров, модемов, принтеров и т. д.);

— совместное использование программного обеспечения и баз данных;

— совместную работу пользователей над некоторым заданием и проектом;

— возможность удаленного управления компьютерами.

В зависимости от выполняемых в сети функций различают компьютеры-серверы и компьютеры-клиенты:

Сервер — это компьютер, предоставляющий доступ к собственным ресурсам или управляющий распределением ресурсов сети.
Клиент-компьютер, использующий ресурсы сервера.

По территориальному признаку сети разделяются на локальные и глобальные. Локальные сети — это сети, состоящие из близко расположенных компьютером (сеть здания, помещения и т. д.).

Глобальные сети — это сети, охватывающие большие территории и включающие большое число компьютеров.

По архитектуре различают: одноранговые сети и сети с выделенным сервером.

Одноранговые сети — это сети, в которых каждый может представлять свои ресурсы другим компьютерам сети и использовать другие.

Сети с выделенным сервером — это сети, в которых один или несколько компьютеров являются серверами, а все остальные — клиентами.

Компьютерные сети могут разделяться по скорости передачи данным. Пропускная способность сети — это максимальное количество бит, которые могут быть переданы за одну секунду.

Давайте рассмотрим локальные сети. Во многом большинство характеристик локальных сетей определяется конфигурацией или топологией сетей. Топология — это конфигурация сети, способ соединения ее элементов друг с другом.

Чаще всего используются следующие топологии сетей:

Шинная топология. Все компьютеры сети подключаются к одному кабелю.
Кольцевая топология. Данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому.
Радиальная топология. Каждый компьютер через специальные сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству.
Древовидная топология. Образуется соединением между собой несколькими звездообразных топологий.

Локальные сети ориентированы прежде всего на сравнительно небольшое количество компьютеров.

Что же касается глобальных сетей, то она ориентирована на обслуживание неограниченного круга пользователей. Самый впечатляющий пример глобальной сети — это ИНТЕРНЕТ.

Интернет — это глобальная сеть, в которой многочисленные научные, корпоративные, государственные и другие сети, а также персональные компьютеры отдельных пользователей соединены между собой каналам передачи данных.

Основной аппаратной структурой сети Интернет можно считать мощные компьютеры (узлы) и связывающие их высокоскоростные магистральные каналы передачи данных. Организации, имеющие в собственности и обслуживающие такое оборудование, называются провайдерами.

За каждым компьютерным узлом в Интернете закреплён постоянный адрес, называемый IP-адресом. Давайте рассмотрим технологию IP- адресации.

Такие адреса получают и пользователи сети Интернет, но в отличии от адресов узлов они действуют только во время подключения пользователя к сети и изменяются при каждом новом сеансе.

IP-адрес представляет собой 32-битный идентификатор, например:

Так как человеку сложно воспринимать такую длинную строку, ее делят на 4 равные части:

Чтобы пользователи было еще удобнее работать с IP-адресом каждую часть переводят в 10-ую систему счисления:

Таким образом число в IP-адресе не может превышать 255.

Мы говорили уже о том, что Интернет представляет собой сеть сетей, поэтому технология IP-адресов учитывает этот факт следующим образом:

Любой IP адрес состоит из двух частей: IP-адрес сети и IP-адрес узла этой сети. При этом деление адреса на части происходит с помощью маски — 32-битным числом, в двоичной записи которого сначала стоят единицы, потом — нули. Первая часть IP- адреса, соответствующая единичным битам маски, относится к адресу сети, а вторая, соответствующая нулям маски, — определяет числовой адрес узла сети. Адрес сети получается в результате поразрядной конъюнкции к IP адреса узла и маски.

Напомним, Конъю́нкция — логическая операция, по своему применению максимально приближённая к союзу "и". Пример:

Пусть дан IP-адрес узла 217.9.142.131 и с помощью маски 255.255.192.0 надо получить IP-адрес сети.

Сначала переведем IP-адрес узла и маски в двоичный вид и произведен поразрядную конъюнкцию:

При этом часть IP-адреса сети, соответствующая единицам в маске, указывает на IP-адрес сети, к которой привязана сеть, а часть, соответствующая нулям, отдается на нумерацию компьютеров пользователей этой сети.

Желтым цветом выделена часть IP-адреса сети, указывающей на узел, а зеленым — на нумерацию пользователей.

Таким образом на нумерацию пользователей такой IP-адрес сети выделяет 14 бит, при этом два адреса из них не используется (адрес сети и широковещательный) А значит она позволяет пользоваться одновременно 16382 компьютера.

Список обязательной и дополнительной литература для углубленного изучения темы

— Босова Л. Л., Босова А. Ю. Информатика. 11 класс. Базовый уровень. — М.: БИНОМ, 2016

— Угринович Н. Д. Информатика и ИКТ. Базовый курс. Учебник для 7—9 классов/ М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005

— Семакин И. Г., Е. К. Хеннер. Информатика и ИКТ. 10—11 класс/ М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008

— К. Ю. Поляков, Е. А. Еремин. Информатика. 11 класс. Базовый и углубленный уровни: учебник в 2 ч. Ч. 1 / М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016

Читайте также: