Основные компоненты компьютерных сетей принципы пакетной передачи данных

Обновлено: 07.07.2024

В данном туториале по компьютерной сети содержатся все необходимые темы компьютерной сети, такие функции, типы компьютерной сети, архитектура, оборудование, программное обеспечение, интернет, веб-сайты, локальная сеть, глобальная сеть и т. Д.

Что такое компьютерная сеть?

Компьютерная сеть - это набор устройств, соединенных ссылками. Узлом может быть компьютер, принтер или любое другое устройство, способное отправлять или получать данные. Связи, соединяющие узлы, называются каналами связи.

Компьютерная сеть использует распределенную обработку, в которой задача распределяется между несколькими компьютерами

Ниже приведены преимущества распределенной обработки:

Безопасность: обеспечивает ограниченное взаимодействие, которое пользователь может иметь со всей системой. Например, банк позволяет пользователям получать доступ к своим собственным счетам через приложение, не предоставляя им доступ ко всей базе данных банка.

Более быстрое решение проблем: несколько компьютеров могут решить проблему быстрее, чем одна машина, работающая в одиночку.

Безопасность за счет избыточности: несколько компьютеров, на которых работает одна и та же программа одновременно, могут обеспечить безопасность за счет избыточности. Например, если на четырех компьютерах запущена одна и та же программная ошибку на любом компьютере, другие компьютеры могут переопределить

Компьютерных сетей существует несколько типов, которые варьируются от простого до сложного уровня.

Компоненты компьютерной сети

Основными компонентами компьютерной сети являются:

NIC (Национальная интерфейсная карта)

NIC - это устройство, которое помогает компьютеру взаимодействовать с другим устройством. Карта сетевого интерфейса содержит аппаратные адреса, протокол уровня канала передачи данных использует этот адрес для идентификации системы в сети, чтобы она передавала данные в правильное место назначения.

Существует два типа сетевых карт: беспроводной сетевой и проводной сетевой.

Беспроводная сетевая карта: все современные ноутбуки, телефоны, планшеты и т.д. используют беспроводную сетевую карту. В беспроводной сетевой плате соединение осуществляется с помощью антенны, в которой используется технология радиоволн.

Проводной сетевой адаптер. Кабели используют проводной сетевой адаптер для передачи данных через носитель.

хаб (или Концентратор)

Хаб - это центральное устройство, которое разделяет сетевое соединение на несколько устройств. Когда компьютер запрашивает информацию с сети, он отправляет запрос в хаб. хаб распространяет этот запрос на все подключенные компьютеры.

Свитчи (или комутаторы)

Маршрутизатор - это устройство, которое подключает локальную сеть к Интернету. Маршрутизатор в основном используется для подключения отдельных сетей или подключения интернета к нескольким компьютерам.

Модем подключает компьютер к интернету по существующей телефонной линии. Модем не интегрирован с материнской платой компьютера. Модем - это отдельная часть слота для ПК на материнской плате.

Кабели и разъемы

Кабель является средством передачи, которое передает сигналы связи. Есть три типа кабелей:

Кабель витой пары:

это высокоскоростной кабель, который передает данные со скоростью 1 Гбит / с или более.

Коаксиальный кабель напоминает установочный кабель телевизора. Коаксиальный кабель дороже, чем витая пара, но обеспечивает высокую скорость передачи данных.

Оптоволоконный кабель - это высокоскоростной кабель, который передает данные с помощью световых лучей. Это обеспечивает высокую скорость передачи данных по сравнению с другими кабелями. Это дороже по сравнению с другими кабелями, поэтому относительно недавно начали использовать для комерческих задач.

Использование компьютерной сети

Совместное использование ресурсов.

Совместное использование ресурсов - это совместное использование ресурсов, таких как программы, принтеры и данные, между пользователями в сети без необходимости физического местоположения ресурса и пользователя.

В модели сервер-клиент используется компьютерная сеть . Сервер - это центральный компьютер, используемый для хранения информации и поддерживаемый системным администратором. Клиенты - это машины, используемые для удаленного доступа к информации, хранящейся на сервере.

Компьютерная сеть ведет себя как коммуникационная среда среди пользователей. Например, компания содержит более одного компьютера, имеет систему электронной почты, которую сотрудники используют для повседневного общения.

Приобретение знаний, умений, практического опыта в пределах требований характеристики профессиональной деятельности выпускников при изучении основных методов и средств обработки, хранения, передачи и накопления информации

Развивающая: Способствовать развитию аналитического мышления

Воспитательная: Способствовать воспитанию чувства ответственности за результаты учебного труда, понимания его значимости в избранной специальности

Общие компетенции

Профессиональные компетенции

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития

ОК 5. Владеть информационной культурой, анализировать и оценивать информацию с использованием информационно-коммуникационных технологий

ПК 1.1. Обрабатывать первичные бухгалтерские документы

ПК 3.2. Оформлять платежные документы для перечисления налогов и сборов в бюджет, контролировать их прохождение по расчетно-кассовым банковским операциям

Требования к результатам освоения учебной дисциплины (в соответствии с ФГОС, рабочей программой)

Умения для освоения

Знания для усвоения

использовать информационные ресурсы для поиска и хранения информации

основные компоненты компьютерных сетей, принципы пакетной передачи данных, организация межсетевого взаимодействия

Междисциплинарные связи (предшествующие/последующие)

Тип учебного занятия

учебное занятие по усвоению новых знаний и способов деятельности

Ресурсы учебного занятия

Материально-технические: персональные компьютеры, сеть, проектор, презентация

Основная литература:

Емельянова Н.З., Партыка Т.Л., Попов И.И. Информационные системы в экономике: учеб.пособие. - М.:ФОРУМ: ИНФРА-М, 2009. - 464 с.: ил. - (Проф. образование)

Информационные технологии: учебник. - 2-е изд., перераб. и доп./ О.Л.Голицына, Н.В.Максимов, Т.Л.Партыка, И.И.Попов. - М.:ФОРУМ: ИНФРА-М, 2009. - 608 с.: ил.

Информационные технологии: учеб.пособие/Под ред. проф. Л.Г.Гагариной. - М.:ИД "ФОРУМ": ИНФРА-М, 2009. - 256 с.: ил. - (Профессиональное образование)

Дополнительная литература:

Гришин В.Н., Панфилова Е.Е. Информационные технологии в профессиональной деятельности: учебник. - М.:ИД "ФОРУМ": ИНФРА-М, 2007. - 416 с.: ил. - (Проф. обр.)

Задание для внеаудиторной самостоятельной работы (домашнее задание)

Передатчик - устройство, являющееся источником данных. Приемник - устройство, принимающее данные.

Приемником могут быть компьютер, терминал или какое-либо цифровое устройство.

Это может быть файл базы данных, таблица, ответ на запрос, текст или изображение.

Существуют три режима передачи: симплексный, полудуплексный и дуплексный.

Симплексный режим – передача данных только в одном направлении. Примером симплексного режима передачи является система, в которой информация, собираемая с помощью датчиков, передается для обработки на ЭВМ. В вычислительных сетях симплексная передача практически не используется.

Полудуплексный режим - попеременная передача информации, когда источник и приемник последовательно меняются местами.

Пример работы в полудуплексном режиме – разведчик, передающий в Центр информацию, а затем принимающий инструкции из Центра.

Способы передачи цифровой информации. Цифровые данные по проводнику передаются путем смены текущего напряжения: нет напряжения - "0", есть напряжение – "1". Существуют два способа передачи информации по физической передающей среде: цифровой и аналоговый.

При цифровом или узкополосном способе передачи данные передаются в их естественном виде на единой частоте. Узкополосный способ позволяет передавать только цифровую информацию, обеспечивает в каждый данный момент времени возможность использования передающей среды только двумя пользователями и допускает нормальную работу только на ограниченном расстоянии (длина линии связи не более 1000 м). В то же время узкополосный способ передачи обеспечивает высокую скорость обмена данными – до 10 Мбит/с и позволяет создавать легко конфигурируемые вычислительные сети. Подавляющее число локальных вычислительных сетей использует узкополосную передачу.

Аналоговый способ передачи цифровых данных (рис. 6.11) обеспечивает широкополосную передачу за счет использования в одном канале сигналов различных несущих частот.

Пакетная передача данных – это фундаментальная техника передачи данных по одной линии связи между множеством компьютеров.

Если несколько компьютеров делят между собой один и тот же ресурс (принтер, локальную сеть, базу данных и прочее), то такой ресурс называют разделенным. При этом возникает вопрос, как правильно распределить этот совместно используемый ресурс, чтобы «всем досталось поровну»? Для разделенных сетей передачи данных этот вопрос решается благодаря передаче данных с помощью пакетов.

Действительно, как быть, если по одной и той же сети (в смысле – линии связи) от компьютера A к компьютеру B надо передать один файл, а от компьютера C компьютеру D надо передать другой файл? Можно дождаться окончания передачи от A к B, и затем приступить к передаче от C к D. Но если к сети подключено много компьютеров, а не четыре, то тогда такие ожидания могут длиться часами.

Альтернатива – ограничить количество данных, которые компьютер может послать единовременно. Для этого компьютеры должны разбивать передаваемую информацию на очень мелкие порции (пакеты), подписывать на каждом пакете имена отправителя и адресата, и по очереди отправлять в сеть свои пакеты. Сеть становится конвейером, по которому каждый компьютер имеет поочередный доступ: когда подходит очередь до конкретного компьютера, он отсылает один пакет и передает эстафету другому. Такая идея называется коммутацией пакетов, а порция данных, отсылаемая в единицу времени, называется пакетом.

Пакетную передачу данных используют сеть Интернет, локальные и территориально-распределенные сети. Каждый компьютер в таких сетях имеет свой уникальный номер, называемый адресом. Для правильной адресации в каждый пакет включаются адреса отправляющего и принимающего компьютера.

Краткая история развития компьютерных сетей

Компьютерные сети появились в результате развития телекоммуникационных технологий и компьютерной техники. То есть появились компьютеры. Они развивались. Были телекоммуникационные системы, телеграф, телефон, то есть связь. И вот люди думали, хорошо было бы если бы компьютеры могли обмениваться информацией между собой. Эта идея стала основополагающей идеей благодаря которой появились компьютерные сети.

50-е годы: мейнфреймы

Начало 60-х годов: многотерминальные системы

В дальнейшем к одному мейнфрейму стали подключать несколько устройств ввода-вывода, появился прообраз нынешних терминальных систем да и сетей в целом.

70-е годы: первые компьютерные сети

Середина 70-х годов: большие интегральные схемы

Локальная сеть (Local Area Network, LAN) – объединение компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории. В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую
одной организации.

Сетевая технология – согласованный набор программных и аппаратных средств (драйверов, сетевых адаптеров, кабелей и разъемов), а также механизмов передачи данных по линиям связи, достаточный для построения вычислительной сети.

В период с 80-х до начала 90-х годов появились и прочно вошли в нашу жизнь:

Общие принципы построения сетей

Со временем основной целью компьютерных развития сетей (помимо передачи информации) стала цель распределенного использования информационных ресурсов:

Периферийных устройств: принтеры, сканеры и т. д.
Данных хранящихся в оперативной памяти устройств.
Вычислительных мощностей.

Достичь эту цель помогали сетевые интерфейсы. Сетевые интерфейсы это определенная логическая и/или физическая граница между взаимодействующими независимыми объектами.

Сетевые интерфейсы разделяются на:

Физические интерфейсы (порты).
Логические интерфейсы (протоколы).

Из определения обычно ничего не ясно. Порт и порт, а что порт?

Начнем с того что порт это цифра. Например 21, 25, 80.

Протокол

Протокол, например TCP/IP это адрес узла (компьютера) с указанием порта и передаваемых данных. Например что бы передать информацию по протоколу TCP/IP нужно указать следующие данные:

Пара клиент—сервер

Начнем с определений.

При этом программа может быть установлена на Клиенте, а база данных программы на Сервере.

Топология физических сетей

Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационной оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам – физические или информационные связи между вершинами.

Полносвязная (а).
Ячеистая (б).
Кольцо (в).
Звезда (г).
Дерево (д).
Шина (е).

Адресация узлов сети

Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством. Адресное пространство может
иметь плоскую (линейную) организацию или иерархическую организацию.

Для преобразования адресов из одного вида в другой используются специальные вспомогательные протоколы, которые называют протоколами разрешения адресов.

Коммутация

Соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов называют коммутацией. Последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю, образует маршрут.

Обобщенные задачи коммутации

Определение информационных потоков, для которых требуется прокладывать маршруты.
Маршрутизация потоков.
Продвижение потоков, то есть распознавание потоков и их локальная коммутация на каждом транзитном узле.
Мультиплексирование и демультиплексирование потоков.

Уровни сетевой модели OSI и уровни TCP/IP

Для упрощения структуры большинство сетей организуются в наборы уровней, каждый последующий возводится над предыдущим.

Целью каждого уровня является предоставление неких сервисов для вышестоящих уровней. При этом от них скрываются детали реализации предоставляемого сервиса.

Протоколы, реализующие модель OSI никогда не применялись на практике, но имена и номера уровней используются по сей день.

Физический.
Канальный.
Сетевой.
Транспортный.
Сеансовый.
Представления.
Прикладной.

Для лучшего понимания приведу пример. Вы открываете страницу сайта в интернете. Что происходит?

Канальный уровень. Канальный уровень это технология каким образом будут связаны узлы (передающий и принимающий), тут вспоминает топологию сетей: кольцо, шина, дерево. Данный уровень определяет порядок взаимодействия между большим количеством узлов.

Сетевые протоколы (IPv4 и IPv6).
Протоколы маршрутизации и построения маршрутов.

Сеансовый уровень. Отвечает за управление сеансами связи. Производит отслеживание: кто, в какой момент и куда передает информацию. На этом уровне происходит синхронизация передачи данных.

Прикладной уровень. Осуществляет взаимодействие приложения (например браузера) с сетью.

Уровни TCP/IP

Набор протоколов TSP/IP основан на собственной модели, которая базируется на модели OSI.

Прикладной, представления, сеансовый = Прикладной.
Транспортный = Транспортный.
Сетевой = Интернет.
Канальный, физический = Сетевой интерфейс.

Уровень сетевого интерфейса

Уровень сетевого интерфейса (называют уровнем 2 или канальным уровнем) описывает стандартный метод связи между устройствами которые находятся в одном сегменте сети.

Этот уровень предназначен для связи расположенных недалеко сетевых интерфейсов, которые определяются по фиксированным аппаратным адресам (например MAC-адресам).

Уровень сетевого интерфейса так же определяет физические требования для обмена сигналами интерфейсов, кабелей, концентраторов, коммутаторов и точек доступа. Это подмножество называют физическим уровнем (OSI), или уровнем 1.

Например, интерфейсы первого уровня это Ethernet, Token Ring, Point-to-Point Protocol (PPP) и Fiber Distributed Data Interface (FDDI).

Немного о Ethernet на примере кадра web-страницы

Пакеты Ethernet называют кадрами. Первая строка кадра состоит из слова Frame. Эта строка содержит общую информацию о кадре.

В полном заголовке Ethernet есть такие значения как DestinationAddress и SourceAddress которые содержат MAC-адреса сетевых интерфейсов.

Поле EthernetType указывает на следующий протокол более высокого уровня в кадре (IPv4).

Коммутаторы считывают адреса устройств локальной сети и ограничивают распространение сетевого трафика только этими адресами. Поэтому коммутаторы работают на уровне 2.

Уровень Интернета

Уровень интернета называют сетевым уровнем или уровнем 3. Он описывает схему адресации которая позволяет взаимодействовать устройствам в разных сетевых сегментах.

Если адрес в пакете относится к локальной сети или является широковещательным адресом в локальной сети, то по умолчанию такой пакет просто отбрасывается. Поэтому говорят, что маршрутизаторы блокируют широковещание.

Стек TCP/IP реализован корпорацией Microsoft ну уровне интернета (3). Изначально на этом уровне использовался только один протокол IPv4, позже появился протокол IPv6.

Протокол версии 4 отвечает за адресацию и маршрутизацию пакетов между узлами в десятках сегментах сети. IPv4 использует 32 разрядные адреса. 32 разрядные адреса имеют довольно ограниченное пространство, в связи с этим возникает дефицит адресов.

Протокол версии 6 использует 128 разрядные адреса. Поэтому он может определить намного больше адресов. В интернете не все маршрутизаторы поддерживают IPv6. Для поддержки IPv6 в интернете используются туннельные протоколы.

В Windows по умолчанию включены обе версии протоколов.

Транспортный уровень

Транспортный уровень модели TCP/IP представляет метод отправки и получения данных устройствами. Так же он создает отметку о предназначении данных для определенного приложения. В TCP/IP входят два протокола транспортного уровня:

Протокол TCP. Протокол принимает данные у приложения и обрабатывает их как поток байт.Байты группируются, нумеруются и доставляются на сетевой хост. Получатель подтверждает получение этих данных. Если подтверждение не получено, то отправитель отправляет данные заново.
Протокол UDP.Этот протокол не предусматривает гарантию и подтверждение доставки данных. Если вам необходимо надежное подключение, то стоит использовать протокол TCP.

Прикладной уровень

Обучаю HTML, CSS, PHP. Создаю и продвигаю сайты, скрипты и программы. Занимаюсь информационной безопасностью. Рассмотрю различные виды сотрудничества.

Читайте также: