Линии в компьютере по которым передаются данные

Обновлено: 04.07.2024

Отличительные признаки локальной вычислительной сети [1] :

-высокая скорость передачи информации (не менее 10 Мбит/с);

-низкий уровень ошибок передачи (высококачественные каналы связи) - допустимая вероятность ошибок передачи данных - 10 -8 .

высокоэффективный, быстродействующий механизм управления обменом;

-регламентированное количество компьютеров, подключаемых к сети.

При таких свойствах понятно, что глобальные сети отличаются от локальных тем, что они рассчитаны на неограниченное число абонентов. Кроме того, они чаще всего используют не слишком качественные каналы связи и относительно низкую скорость передачи данных, а механизм управления обменом в этих сетях не может быть гарантированно быстрым.

Сегодня достаточно сложно провести четкое разделение между локальными и глобальными сетями - большинство локальных сетей имеет выход в глобальную. Однако характер передаваемой информации, способы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. Несмотря на то, что все компьютеры локальной сети включены также и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть является одним из ресурсов, разделяемых пользователями локальной сети.

По локальной сети может передаваться разнообразная цифровая информация: данные, изображения, голосовой трафик, электронные письма и т.д. Чаще всего локальные сети используются для разделения (совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеров и выхода в глобальную сеть, но это всего лишь малая доля тех возможностей, которые предоставляют средства локальных сетей. Например, они позволяют осуществлять обмен информацией между компьютерами разных типов [2] . Полноценными абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, поддерживающие сетевые технологии - принтеры, плоттеры, сканеры, дисковые массивы. Локальные сети дают также возможность организовать многопроцессорную вычислительную среду на всех компьютерах сети, что ускоряет решение сложных, ресурсоемких задач. С их помощью можно управлять работой технологической системы или исследовательской установки в режиме реального времени с нескольких компьютеров одновременно.

Вместе с тем компьютерные сети имеют и существенные недостатки:

-сеть требует дополнительных, иногда значительных материальных затрат на покупку оборудования, сетевого программного обеспечения, на создание сетевой инфраструктуры и обучение персонала;

-сеть требует приема на работу специалиста (администратора сети), который будет заниматься обеспечением работоспособности сети, ее модернизацией, управлением доступом к сетевым ресурсам, устранением неисправностей, защитой информации, резервным копированием и архивированием данных;

-проводная сеть ограничивает возможности перемещения компьютеров, подключенных к ней, так как в этом случае может понадобиться перекладка соединительных кабелей;

-сеть является средой для распространения компьютерных вирусов, поэтому вопросам защиты от них придется уделять больше внимания, чем в случае автономного использования компьютеров;

-сеть значительно повышает риск несанкционированного доступа к информации (информационная защита требует проведения комплекса, соответствующих организационных и технических мероприятий).

Основные определения и термины

Абонент (узел, хост, станция) - это устройство, подключенное к сети и активно участвующее в информационном обмене. Чаще всего абонентом (узлом) сети является компьютер, но абонентом также может быть сетевой принтер или другое периферийное устройство, имеющее возможность напрямую подключаться к сети.

Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Таким образом, он обслуживает сеть. Выделенный сервер - это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи пользователей. Специфический тип сервера - это сетевой принтер.

Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает. Компьютер-клиент также называют рабочей станцией.

Под сервером и клиентом понимают не только сами компьютеры, но и работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами - клиентом.

[1] Кондратенко С., Новиков Ю. Основы локальных сетей [Электронный ресурс]

[2] Бабешко, В.Н. Распределенные информационно-вычислительные системы в туманных вычислительных сетях.

7. ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

7.1. Каналы связи

Линия связи, ( line ) (рис. 21) состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи является термин канал связи ( channel ).

Рис. 21. Состав линии связи

Физическая среда передачи данных ( medium ) может представлять собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны.

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на следующие (рис. 22):

· кабельные (медные и волоконно-оптические);

· радиоканалы наземной и спутниковой связи.

Рис. 22. Типы линий связи

Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий минимальна. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными .

Кабельные линии представляют собой достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические кабели.

Скрученная пара проводов называется витой парой ( twisted pair ). Витая пара существует в экранированном варианте ( Shielded Twistedpair , STP) и неэкранированном ( Unshielded TwistedPair , UTP). Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю. Коаксиальный кабель ( coaxial ) имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения — для локальных сетей, глобальных сетей, кабельного телевидения и т.п. Волоконно-оптический кабель ( opticalfiber ) состоит из тонких (5-60 мкм) волокон, по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля — он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/ с и выше) и к тому же лучше других обеспечивает защиту данных от внешних помех.

Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество различных типов каналов. Диапазоны коротких, средних и длинных волн (KB, СВ и ДВ), называемые также диапазонами амплитудной модуляции ( Amplitude Modulation , AM), обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн (УКВ), для которых характерна частотная модуляция ( Frequency Modulation , FM), а также диапазонах сверхвысоких частот (СВЧ или microwaves ). В диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются ионосферой Земли и, для устойчивой связи, требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому такие частоты используют либо спутниковые, либо радиорелейные каналы.

В компьютерных сетях сегодня применяются практически все описанные типы физических сред передачи данных, но наиболее перспективными являются волоконно-оптические. Спутниковые каналы и радиосвязь используются в тех случаях, когда кабельные связи применить нельзя — например, при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильным пользователем сети.

Аппаратура передачи данных ( АПД или DCE — Data Circuit terminating Equipment ) непосредственно связывает компьютеры или локальные сети и является, таким образом, пограничным оборудованием. Примерами DCE являются модемы, терминальные адаптеры сетей ISDN, оптические модемы, устройства подключения к цифровым каналам. Обычно DCE работает на физическом уровне, отвечая за передачу и прием сигнала нужной формы и мощности в физическую среду.

Аппаратура пользователя линии связи, вырабатывающая данные и подключаемая непосредственно к аппаратуре передачи данных, обобщенно носит название оконечное оборудование данных (ООД или DTE — Data Terminal Equipment ). Примером DTE могут служить компьютеры или маршрутизаторы локальных сетей. Эту аппаратуру не включают в состав линии связи.

Промежуточная аппаратура обычно используется на линиях связи большой протяженности и решает две основные задачи:

улучшение качества сигнала;
создание постоянного составного канала связи между двумя абонентами сети.

В глобальных сетях необходимо обеспечить качественную передачу сигналов на большие расстояния. Поэтому без усилителей сигналов, установленных через определенные расстояния, построить территориальную линию связи невозможно.

Промежуточная аппаратура канала связи прозрачна для пользователя. В действительности промежуточная аппаратура образует сложную сеть, которую называют первичной сетью, так как сама по себе она никаких высокоуровневых служб не поддерживает, а только служит основой для построения компьютерных, телефонных или иных сетей.

В зависимости от типа промежуточной аппаратуры все линии связи делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых линиях промежуточная аппаратура предназначена для усиления аналоговых сигналов. Для создания высокоскоростных каналов, которые мультиплексируют несколько низкоскоростных аналоговых абонентских каналов, обычно используется техника частотного мультиплексирования ( Frequency Division Multiplexing , FDM).

В цифровых линиях связи передаваемые сигналы имеют конечное число состояний. С помощью таких сигналов передаются как компьютерные данные, так и оцифрованные речь и изображение. В цифровых каналах связи промежуточная аппаратура улучшает форму импульсов и обеспечивает их ресинхронизацию (то есть восстанавливает период их следования). Промежуточная аппаратура образования высокоскоростных цифровых каналов работает по принципу временного мультиплексирования каналов ( Time Division Multiplexing , TDM), когда каждому низкоскоростному каналу выделяется определенная доля времени (тайм-слот или квант) высокоскоростного канала.

К основным характеристикам линий связи относятся:

амплитудно-частотная характеристика;
полоса пропускания;
затухание;
помехоустойчивость;
перекрестные наводки на ближнем конце линии;
пропускная способность;
достоверность передачи данных;
удельная стоимость.

Основными являются пропускная способность и достоверность передачи данных. Они характеризуют как линии связи, так и способ передачи данных.

Рис.23. Представление периодического сигнала суммой синусоид

Рис.24. Спектральное разложение идеального импульса

Искажение передающим каналом синусоиды какой-либо частоты приводит к искажению передаваемого сигнала любой формы, особенно если синусоиды различных частот искажаются неодинаково. В результате сигналы могут плохо распознаваться.

Линия связи искажает передаваемые сигналы из-за того, что ее физические параметры отличаются от идеальных . Так, медные провода всегда представляют собой некоторую комбинацию активного сопротивления, емкостной и индуктивной нагрузки (это наиболее ярко проявляется в области высоких частот). Волоконно-оптический кабель также имеет отклонения, мешающие идеальному распространению света.

Кроме искажений сигналов, вносимых внутренними физическими параметрами линии связи, существуют и внешние помехи. Они создаются различными электрическими двигателями, электронными устройствами, атмосферными явлениями и т. д.

Степень искажения синусоидальных сигналов линиями связи оценивается с помощью таких характеристик, как амплитудно-частотная характеристика и полоса пропускания.

Амплитудно-частотная характеристика (рис. 25) показывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе линии связи по сравнению с амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала.

Рис. 25. Амплитудно-частотная характеристика

Знание амплитудно-частотной характеристики реальной линии позволяет определить форму выходного сигнала для любого входного сигнала.

Полоса пропускания ( bandwidth ) - это непрерывный диапазон частот, для которого отношение амплитуды выходного сигнала к входному превышает некоторый заранее заданный предел (обычно 0,5). То есть определяет диапазон частот синусоидального сигнала, которые передаются без значительных искажений. Этот параметр зависит от типа лин ии и ее протяженности.

Пропускная способность ( throughput ) линии характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии связи. Пропускная способность измеряется в битах в секунду — бит/с, а также в производных единицах, таких как килобит секунду (Кбит/с), мегабит в секунду (Мбит/с), гигабит в секунду (Гбит/с) и т. д.

Пропускная способность линий связи и коммуникационного сетевого оборудования традиционно измеряется в битах в секунду, а не в байтах в секунду. Это связано с тем, что данные в сетях передаются последовательно. Такие единицы измерения, как килобит, мегабит или гигабит, в сетевых технологиях строго соответствуют степеням 10 (килобит - это 1000 бит, а мегабит - это 1 000 000 бит).

Пропускная способность линии связи зависит не только от ее характеристик, таких как амплитудно-частотная характеристика, но и от спектра передаваемых сигналов. Если значимые гармоники сигнала попадают в полосу пропускания линии, то такой сигнал будет хорошо передаваться данной линией связи и приемник сможет правильно распознать информацию, отправленную по линии передатчиком (рис. 26).

Рис. 26. Соответствие между полосой пропускания линии связи и спектром сигнала

Выбор способа представления дискретной информации в виде сигналов, подаваемых на линию связи, называется физическим или линейным кодированием.

Теория информации говорит, что любое различимое и непредсказуемое изменение принимаемого сигнала несет в себе информацию. Так большинство способов кодирования используют изменение какого-либо параметра периодического сигнала — частоты, амплитуды и фазы синусоиды или же знак потенциала последовательности импульсов. Периодический сигнал, параметры которого изменяются, называют несущим сигналом или несущей частотой.

Количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду измеряется в бодах ( baud ). Период времени между соседними изменениями информационного сигнала называется тактом работы передатчика. Пропускная способность линии в битах в секунду в общем случае не совпадает с числом бод, это соотношение зависит от способа кодирования.

На пропускную способность линии оказывает влияние не только физическое, но и логическое кодирование. Логическое кодирование выполняется до физического кодирования и подразумевает замену бит исходной информации новой последовательностью бит, несущей ту же информацию, но обладающей дополнительными свойствами. Другим примером логического кодирования может служить шифрация данных, обеспечивающая их конфиденциальность при передаче через общественные каналы связи.

Чем выше частота несущего периодического сигнала, тем больше информации в единицу времени передается по линии и тем выше пропускная способность линии при фиксированном способе физического кодирования. Однако с увеличением частоты периодического несущего сигнала увеличивается его ширина спектра. Чем больше несоответствие между полосой пропускания линии и шириной спектра передаваемых информационных сигналов, тем больше сигналы искажаются и тем вероятнее ошибки в распознавании информации принимающей стороной, а значит, скорость передачи информации оказывается меньше.

Связь между полосой пропускания лин ии и ее максимально возможной пропускной способностью, вне зависимости от принятого способа физического кодирования, установил Клод Шеннон:

где С – максимальная пропускная способность линии, бит/с;

F – ширина полосы пропускания линии, Гц ;

Р_С – мощность сигнала;

Р_Ш – мощность шума.

Из этого соотношения видно, что хотя теоретического предела пропускной способности линии с фиксированной полосой пропускания не существует. Однако повышение мощности передатчика ведет к значительному увеличению его габаритов и стоимости. Снижение уровня шума требует применения специальных кабелей с хорошими защитными экранами, что весьма дорого, а также снижения шума в передатчике и промежуточной аппаратуре, чего достичь весьма не просто. К тому же при достаточно типичном исходном отношении мощности сигнала к мощности шума в 100 раз повышение мощности передатчика в 2 раза даст только 15 % увеличения пропускной способности линии.

Близким по сути к формуле Шеннона является соотношение, полученное Найквистом, которое также определяет максимально возможную пропускную способность линии связи:

где М — количество различимых состояний информационного параметра.

Хотя формула Найквиста явно не учитывает наличие шума, косвенно его влияние отражается в выборе количества состояний информационного сигнала. Для повышения пропускной способности канала увеличивают это количество до значительных величин, но на практике оно ограничено из-за шума на линии.

Помехоустойчивость линии определяет ее способность уменьшать уровень помех, создаваемых во внешней среде, на внутренних проводниках. Помехоустойчивость линии зависит от типа используемой физической среды, а также от экранирующих и подавляющих помехи средств самой линии. Наименее помехоустойчивыми являются радиолинии, хорошей устойчивостью обладают кабельные линии и отличной — волоконно-оптические линии.

Перекрестные наводки на ближнем конце ( Near End Cross Talk — NEXT) определяют помехоустойчивость кабеля к внутренним источникам помех, когда электромагнитное поле сигнала, передаваемого выходом передатчика по одной паре проводников, наводит на другую пару проводников сигнал помехи. Показатель NEXT, выраженный в децибелах: , где Р_ВЫХ и Р_НАВ — мощность выходного и наведенного сигнала.

В связи с тем, что в некоторых новых технологиях используется передача данных одновременно по нескольким витым парам, в последнее время стал применяться показатель PowerSUM , являющийся модификацией показателя NEXT. Этот показатель отражает суммарную мощность перекрестных наводок от всех передающих пар в кабеле.

Достоверность передачи данных или интенсивность битовых ошибок ( Bit Error Rate , BER) характеризует вероятность искажения для каждого передаваемого бита данных. Величина BER для каналов связи составляет, как правило, 10 -4 -10 -6 , в оптоволоконных линиях связи — 10 -9 . Значение достоверности передачи данных, например, в 10 -4 говорит о том, что в среднем из 10 000 бит искажается значение одного бита.

Компьютерная сеть – это группа компьютеров, соединенных линиями связи.

Для передачи данных между компьютерами могут использоваться:

специальные электрические кабели;

оптоволокно (нить из стекла или пластика, по которой идет свет);

радиоволны (в беспроводных сетях).

Объединяя компьютеры в сеть, мы получаем следующие преимущества :

быстрый обмен данными между компьютерами без использования сменных носителей ( CD - и DVD -дисков, флэш-дисков);

совместное использование ресурсов:

общих данных, которые могут быть размещены на одном компьютере;

программ, которые могут запускаться с другого компьютера;

внешних устройств (например, все компьютеры в сети могут использовать один принтер);

электронную почту и другие способы сетевого общения (чаты, форумы и т.п.).

В то же время существуют и недостатки :

необходимы денежные затраты на сетевое оборудование (кабели, вспомогательные устройства) и программное обеспечение (например, операционную систему специального типа);

снижается безопасность данных, поэтому компьютеры, на которых ведутся секретные разработки, не должны быть подключены к сети;

для настройки сети и обеспечения её работы необходим высококвалифицированный специалист – системный администратор.

Системный администратор обычно решает следующие задачи:

устанавливает и настраивает программное обеспечение;

устанавливает права доступа пользователей к ресурсам сети;

обеспечивает защиту информации;

предотвращает потерю данных в случае сбоя электропитания;

периодически делает резервные копии данных на DVD -дисках, съемных жестких дисках;

устраняет неисправности в сети.

Какие бывают сети?

По «радиусу охвата» обычно выделяют следующие типы компьютерных сетей:

персональные сети (англ. PAN - Personal Area Network ), объединяющие устройство одного человека (сотовые телефоны, карманные компьютеры, смартфоны, ноутбук и т.п.) в радиусе не более 30 м; самый известный стандарт таких сетей – Bluetooth ;

локальные сети (англ. LAN - Local Area Network ), объединяющие, как правило, компьютеры в пределах одного или нескольких соседних зданий;

корпоративные сети (англ. Corporate network ) – сети компьютеров одной организации (возможно, находящиеся в разных районах города или даже в разных городах);

городские сети (англ. MAN - Metropolitan Area Network ), объединяющие компьютеры в пределах города;

глобальные сети ( WAN - Wide Area Network ), объединяющие компьютеры в разных странах; типичный пример глобальной сети – Интернет .

Серверы и клиенты

В любой сети одни компьютеры используют ресурсы других. Для описания роли компьютеров в обмене данными вводят два термина: сервер и клиент.

Сервер – это компьютер, это компьютер, предоставляющий свои ресурсы (файлы, программы, внешние устройства и т.д.) в общее использование.

Клиент – это компьютер, использующий ресурсы сервера.

Обычно серверы – это специально выделенные мощные компьютеры, которые используются только для обработки запросов большого числа клиентских компьютеров ( рабочих станций ) и, как правило, включены постоянно. Чаще всего они находятся в отдельных помещениях, куда пользователи не имеют доступа; это повышает защищенность данных.

В крупных локальных сетях используются несколько серверов, каждый из которых решает свою задачу:

файловый сервер хранит данные и обеспечивает доступ к ним;

сервер печати обеспечивает доступ к общему принтеру;

почтовый сервер управляет электронной почтой;

серверы приложений (например, серверы баз данных) выполняют обработку информации по запросам клиентов.

Сервер получает запросы от клиентов, ставит их в очередь и после выполнения посылает каждому клиенту ответ с результатами выполнения запроса. Задача клиента – послать серверу запрос в определенном формате и после получения ответа вывести ответ на монитор пользователя. Такая технология называется « клиент-сервер ». Её используют, например, все веб-сайты в Интернете: программа-браузер (клиент) посылает запрос веб-серверу и выводит его ответ (веб-страницу) на экран.

Обмен данными

Для того чтобы люди могли полноценно общаться, нужно, чтобы они говорили на одном языке. Эта аналогия действует и для компьютерных систем, где вместо слова «язык» используется термин «протокол».

Протокол – это набор правил и соглашений, определяющих порядок обмена данными в сети.

Можно объединить в одну сеть устройства, которые используют разные протоколы обмена данными. Для этого требуется устройство «переводчик», которое называется шлюзом . Задача шлюза – «перевести» принятые данные в формат другого протокола. Шлюзы часто используют для связи между промышленными сетями (измерительной аппаратурой, датчиками) и сетями персональных компьютеров.

В современных сетях пересылаемые данные делятся на пакеты . Дело в том, что чаще всего одна линия связи используется для обмена данными между несколькими узлами. Если передавать большие файлы целиком, то получится, что сеть будет заблокирована, пока не закончится передача файла. Кроме того, в этом случае при сбое весь файл нужно передавать заново, это увеличивает нагрузку на сеть.

Если передавать отдельные пакеты, время ожидания сокращается до времени передачи одного пакета (это доли секунды), нагрузка на линию связи становится более равномерной. По сети одновременно передаются пакеты, принадлежащие нескольким файлам. На рисунке по одной линии связи (между узлами 3 и 4) одновременно выполняется передача данных от узла 2 к узлу 5 (пакеты обозначены синими прямоугольниками) и от узла 1 к узлу 6 (красные прямоугольники).

Вместе с каждым пакетом передается его контрольная сумма – число, найденное по специальному алгоритму и зависящее от всех данных пакета. Узел-приёмник рассчитывает контрольную сумму полученного блока данных и, если она не сходится с контрольной суммой, указанной в пакете, фиксируется ошибка и этот пакет (а не весь файл!) передаётся, как правило, ещё раз.

Казалось бы, чем меньше размер пакета, тем лучше. Однако это не так, потому что любой пакет кроме «полезных» данных содержит служебную информацию: адреса отправителя и получателя, контрольную сумму. Поэтому в каждом случае ест некоторый оптимальный размер пакета, который зависит от многих условий (например, от уровня помех, количества компьютеров в сети, предаваемых данных и т.д.). Чаще всего для обмена данными в локальных сетях и в Интернете используются пакеты размером не более 1,5 Кбайт.

Что такое компьютерная сеть?

Какие каналы связи могут использоваться в сетях?

Какие преимущества даёт объединение компьютеров в сеть? Что при этом ухудшается?

Сайт учителя информатики. Технологические карты уроков, Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ, полезный материал и многое другое.

Информатика. Учебник для 9 класса (по учебнику К. Ю. Полякова, Е.А. Еремина, базовый уровень)

§ 1. Как работает компьютерная сеть?

Что такое компьютерная сеть?

Ключевые слова:

Компьютерная сеть — это группа компьютеров, объединённых линиями связи.

Все устройства, которые соединены в сеть, называются узлами сети (по аналогии с узлами рыболовной сети).

Кроме компьютеров к ним относятся вспомогательные устройства, участвующие в передаче данных.

Для связи узлов между собой используются различные каналы связи:

• электрические кабели (данные передаются с помощью электрических сигналов);
• оптические кабели (данные передаются с помощью световых лучей);
• радиоканалы (данные передаются с помощью радиоволн). Объединяя компьютеры в сеть, мы получаем следующие преимущества:
• быстрый обмен данными между компьютерами (не нужно использовать для переноса данных съёмные диски, флэш-диски);

• компьютеры в сети могут использовать общие ресурсы:

— общие данные могут быть размещены на одном компьютере;
— можно запускать программы с другого компьютера;
— все компьютеры могут использовать общие внешние устройства (например, принтер);

• электронную почту и другие способы сетевого общения (чаты, форумы и т. п.).

В то же время при организации сети:

• необходимы денежные затраты на сетевое оборудование (кабели, вспомогательные устройства) и программное обеспечение (например, операционную систему специального типа);
• снижается безопасность данных, поэтому компьютеры, на которых ведутся секретные разработки, не должны быть подключены к сети;
• необходим высококвалифицированный специалист — системный администратор, который занимается настройкой сети и обеспечивает её работу.

Системный администратор (на практике часто используют сокращения «сисадмин» или «админ») обычно решает следующие задачи:

• устанавливает и настраивает программное обеспечение (в том числе и несетевое);
• устанавливает права доступа пользователей к ресурсам сети;
• обеспечивает защиту информации;
• предотвращает потерю данных в случае сбоя электропитания;
• периодически делает резервные копии данных на DVD-дисках или съёмных жёстких дисках;
• устраняет неисправности в сети.

В некоторых крупных организациях кроме системных администраторов есть также сетевой администратор, который занимается только работой сети.

Типы компьютерных сетей

По «радиусу охвата» обычно выделяют следующие типы компьютерных сетей:

• персональные сети объединяют устройства одного человека (сотовые телефоны, карманные компьютеры, смартфоны, ноутбук и т. п.) в радиусе не более 30 м; самый известный стандарт таких сетей — Bluetooth;
• локальные сети (от англ. local — местный) связывают, как правило, компьютеры в пределах одного или нескольких соседних зданий; для создания беспроводных локальных сетей используется технология Wi-Fi;
• корпоративные сети — сети компьютеров одной организации (возможно, находящиеся в разных районах города или даже в разных городах);
• городские сети, объединяющие компьютеры в пределах города;
• глобальные сети, объединяющие компьютеры в разных странах (например, сеть Интернет).

Используя дополнительные источники, найдите ответы на вопросы.

— Что означает сокращение PAN?
— Откуда произошли обозначения Bluetooth и Wi-Fi?

Обмен данными

Для того чтобы люди могли полноценно общаться, нужно, чтобы они говорили на одном языке. Это правило действует и для компьютерных систем, где вместо слова «язык» используется термин « протокол ».

Протокол — это набор правил, определяющих порядок обмена данными в сети.

В современных сетях пересылаемые данные делятся на части — пакеты. Дело в том, что чаще всего одна линия связи используется для обмена данными между несколькими узлами. Если передавать большие файлы целиком, то получится, что сеть будет заблокирована, пока не закончится передача очередного файла. Кроме того, в этом случае при сбое весь файл нужно передавать заново, это увеличивает нагрузку на сеть.

Если передавать отдельные пакеты, время ожидания сокращается до времени передачи одного пакета (это доли секунды), по сети одновременно передаются пакеты, принадлежащие нескольким файлам. На рисунке 1.1 по одной линии связи (между узлами 3 и 4) одновременно выполняется передача данных от узла 2 к узлу 5 (эти пакеты обозначены чёрными прямоугольниками) и от узла 1 к узлу 6 (белые прямоугольники).

Рис. 1.1

Вместе с каждым пакетом передаётся его контрольная сумма — число, найденное по специальному алгоритму и зависящее от всех данных пакета. Узел-приёмник рассчитывает контрольную сумму полученного блока данных, и если она не сходится с контрольной суммой, указанной в пакете, фиксируется ошибка, и этот пакет (а не весь файл!) передаётся ещё раз.

Казалось бы, чем меньше размер пакета, тем лучше. Однако это не так, потому что любой пакет кроме «полезных» данных содержит служебную информацию: адреса отправителя и получателя, контрольную сумму. Поэтому в каждом случае есть некоторый оптимальный (наилучший) размер пакета, который зависит от многих условий (например, от уровня помех, количества компьютеров в сети, передаваемых данных и т. д.). Чаще всего для обмена данными в локальных сетях и в Интернете используются пакеты размером не более 1,5 Кбайт.

Используя дополнительные источники, выясните, какое семейство протоколов используется для обмена данными в Интернете.

Серверы и клиенты

Сервер — это компьютер, предоставляющий свои ресурсы (файлы, программы, внешние устройства и т. д.) в общее использование.

Клиент — это компьютер, использующий ресурсы сервера.

Обычно серверы — это специально выделенные мощные компьютеры, которые используются только для обработки запросов большого числа клиентских компьютеров (рабочих станций) и, как правило, включены постоянно. Чаще всего они находятся в отдельных помещениях, куда пользователи не имеют доступа; это повышает защищённость данных.

В крупных локальных сетях используют несколько серверов, каждый из которых решает свою задачу:

• файловый сервер хранит данные и обеспечивает доступ к ним;
• сервер печати обеспечивает доступ к общему принтеру;
• почтовый сервер управляет электронной почтой;
• серверы приложений (например, серверы баз данных) выполняют обработку информации по запросам клиентов.

Часто понятия «сервер» и «клиент» относятся не к компьютерам, а к программам. Программа-сервер получает запросы от клиентов, ставит их в очередь, и после выполнения посылает каждому клиенту ответ с результатами выполнения запроса. Задача программы-клиента — послать серверу запрос в определённом формате и после получения ответа вывести результаты на монитор пользователя. Такая технология называется клиент-сервер. Её используют, например, все веб-сайты в Интернете: программа-браузер (клиент) посылает запрос веб-серверу и выводит его ответ (вебстраницу) на экран. Как правило, при желании программу-сервер и программу-клиент можно запустить на одном компьютере.

В некоторых организациях применяют терминальные серверы — мощные компьютеры, которые предоставляют пользователям свои ресурсы (процессорное время, оперативную и дисковую память).

Рабочие станции (терминалы или «тонкие» клиенты) в таких системах выполняют только две задачи:

• передают серверу данные, введённые пользователем с помощью клавиатуры и мыши;
• выводят на экран изображение рабочего стола, полученное от сервера.

Поэтому в качестве терминалов можно использовать маломощные и устаревшие компьютеры.

Выводы
• Компьютерная сеть — это группа компьютеров, объединённых линиями связи.
• Протокол — это набор правил, определяющих порядок обмена данными в сети.
• Сервер — это компьютер, предоставляющий свои ресурсы (файлы, программы, внешние устройства и т. д.) в общее использование.
• Клиент — это компьютер, использующий ресурсы сервера.

Рис. 1.2

Вопросы и задания

1. Какие компьютерные сети окружают вас? Какие каналы связи они используют?
2. Зачем нужны протоколы?
3. Может ли один компьютер выполнять роли сервера и клиента?
4. Зачем данные, передаваемые по сети, делятся на пакеты?
5. Выполните по указанию учителя задания в рабочей тетради.

Читайте также: