В зависимости от территориального расположения абонентских систем выделяют типы компьютерных сетей

Обновлено: 06.07.2024

ИТ: 6. Сетевые информационные технологии. Классификация сетей. Локальные сети, топология ЛВС, методы доступа. Каналы передачи данных, их основные характеристики и использование в компьютерных сетях. Программное обеспечение ЛВС.

СЕТЕВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Компьютерные сети создаются для того, чтобы дать возможность территориально разобщенным пользователям обмениваться информацией между собой, совместно использовать одинаковые программы, общие информационные и аппаратные ресурсы.

По некоторым оценкам, более половины действующих ЭВМ подключены к сетям. Необходимость внедрения электронной почты, стремление к коллективному использованию разнообразных баз данных и аппаратных средств, потребность в проведении дискуссий и оперативных совещаний без отрыва от рабочих мест, желание повысить оперативность получения «свежей» информации подталкивает пользователей к подключению своих ЭВМ к сетям.

Сети появились в результате творческого сотрудничества специалистов вычислительной техники и техники связи.

Наименьшей системной единицей измерения скорости передачи информации является 1 бит/с.

Для работы в глобальной сети по аналоговым каналам требуется модем. Асинхронная передача каждого символа (буквы или цифры) осуществляется с помощью 10 бит (8 бит требуется для передачи символа и 2 бита служебных — стартовый и стоповый). Таким образом, при скорости передачи данных 56 000 бит/с в линию передается 5600 символов в секунду. При такой скорости передачи данных для пересылки двух страниц текста, содержащих по 3000 символов, потребуется чуть больше одной секунды.

Классификация компьютерных сетей

1.Классификация по степени территориальной рассредоточенности основных элементов сети:Б

Глобальные компьютерные сети (ГКС) – объединяют абонентские системы, рассредоточенные на большой территории, охватывающей различные страны и континенты. Они решают проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к ним.
Региональные компьютерные сети (РКС) – объединяют абонентские системы, расположенные в пределах отдельного региона – города, административного района; функционируют в интересах организаций и пользователей региона и, как правило, имеют выход в ГКС
Локальные компьютерные сети (ЛКС) – объединяют абонентские системы, расположенные в пределах небольшой территории. К классу ЛКС относятся сети предприятий, фирм, банков, офисов, учебных заведений и т.д.
Корпоративные компьютерные сети (ККС) являются технической базой компаний, корпораций, организаций и т.д. Такая сеть играет ведущую роль в реализации задач планирования, организации и осуществления производственно-хозяйственной деятельности корпорации.

2.Классификация по способу управления:

Сети с централизованным управлением – в сети имеется один или несколько управляющих органов.
Сети с децентрализованным управлением – каждая абонентская система имеет средства для управления сетью.
Сети с смешанным управлением – в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления.

3.Классификация по организации передачи информации:

Сети с селекцией информации – строятся на основе моноканала, взаимодействие абонентских систем осуществляется выбором (селекцией) адресованных им блоков данных (кадров): всем абонентским системам сети доступны все передаваемые в сети кадры, но копию кадра снимают только абонентские системы, рым они предназначены.
Сети с маршрутизацией информации – используют механизм маршрутизации для передачи кадров (пакетов) от отправителя к получателю по одному из альтернативных маршрутов.

Локальные сети - это сети, состоящие из близко расположенных компьютеров, чаще всего находящихся в одной комнате, в одном здании или в близко расположенных зданиях. Локальные компьютерные сети, охватывающие некое предприятие или фирму и объединяющие разнородные вычислительные ресурсы в единой среде, называют корпоративными. Примеры: банковская сеть, сеть учебного заведения.

Важнейшей характеристикой локальных сетей является скорость передачи данных, поэтому компьютеры соединяются с помощью высокоскоростных адаптеров со скоростью передачи данных не менее 10 Мбит/с. В локальных сетях применяются высокоскоростные цифровые линии связи. Кроме того, локальные сети должны легко адаптироваться, обладать гибкостью: пользователи должны иметь возможность располагать компьютеры, подключенные к сети там, где понадобится, добавлять или перемещать компьютеры или другие устройства, а также по необходимости отключать их без прерываний в работе сети.

Топология локальных сетей

Топология - это конфигурация сети, способ соединения элементов сети (то есть компьютеров) друг с другом. Чаще всего встречаются три способа объединения компьютеров в локальную сеть: "звезда", "общая шина" и "кольцо".

Соединение типа "звезда". Каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. При необходимости можно объединить вместе несколько сетей с топологией "звезда", при этом конфигурация сети получается разветвленной.

Достоинства: При соединении типа "звезда" легко искать неисправность в сети.

Недостатки: Соединение не всегда надежно, поскольку выход из строя центрального узла может привести к остановке сети.

Достоинства: в топологии "общая шина" выход из строя отдельных компьютеров не приводит всю сеть к остановке.

Недостатки: несколько труднее найти неисправность в кабеле и при обрыве кабеля (единого для всей сети) нарушается работа всей сети.

Соединение типа "кольцо". Данные передаются от одного компьютера к другому; при этом если один компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, то он передает их дальше (по кольцу).

Достоинства: балансировка нагрузки, возможность и удобство прокладки кабеля.

Недостатки: физические ограничения на общую протяженность сети.

От схемы зависит состав оборудования и программного обеспечения. Топологию выбирают, исходя из потребностей предприятия. Если предприятие занимает многоэтажное здание, то в нем может быть применена схема "снежинка", в которой имеются файловые серверы для разных рабочих групп и один центральный сервер для всего предприятия.

Методы доступа: Ethernet, Arcnet и Token Ring.

1. Ethernet. Этот метод был разработан фирмой Xerox в 1975 году и до сих пор наиболее популярен. Метод доступа Ethernet обеспечивает высокую скорость и высокую надежность передачи данных.

Для метода доступа Ethernet используется топология "общая шина.

Перед началом передачи станция определяет, свободен ли канал связи, и если свободен - начинает передачу. В этом случае станции на короткое время задерживают передачу, а затем возобновляют. Практически быстродействие сети уменьшается только при одновременной работе 80 - 100 станций.

2.Arcnet. Метод доступа Arcnet принадлежит фирме Datapoint Corp.

Каналы передачи данных, их основные характеристики и использование в компьютерных сетях.

Канал передачи данных - это средства двухстороннего обмена данными, которые включают в себя линии связи и аппаратуру передачи (приема) данных. Каналы передачи данных связывают между собой источники информации и приемники информации.

В зависимости от физической среды передачи данных линии связи можно разделить на:

проводные линии связи без изолирующих и экранирующих оплеток;
кабельные, где для передачи сигналов используются такие линии связи как кабели "витая пара", коаксиальные кабели или оптоволоконные кабели;
беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи), использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, которые распространяются по эфиру.

Проводные линии связи

Проводные (воздушные) линии связи используются для передачи телефонных и телеграфных сигналом, а также для передачи компьютерных данных. Эти линии связи применяются в качестве магистральных линий связи.

Кабельные линии связи

Кабельные линии связи имеют довольно сложную структуру. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции.

Беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи) каналы передачи данных

Радиоканалы наземной (радиорелейной и сотовой) и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн и относятся к технологии беспроводной передачи данных.

Программное обеспечение ЛВС

Программное обеспечение вычислительных сетей состоит из трех составляющих:

1) автономных операционных систем (ОС), установленных на рабочих станциях;

2) сетевых операционных систем, установленных на выделенных серверах, которые являются основой любой вычислительной сети;

3) сетевых приложений или сетевых служб.

Автономные ОС (программное обеспечение вычислительных сетей)

В качестве автономных ОС для рабочих станций, как правило, используются современные 32-разрядные операционные системы – Windows 95/98, Windows 2000, Windows XP, Windows VISTA, Windows 7 (Seven)

Сетевые ОС (программное обеспечение вычислительных сетей)

В качестве сетевых ОС в вычислительных сетях применяются:

ОС Unix;
ОС NetWare фирмы Novell;
Сетевые ОС фирмы Microsoft (ОС Windows NT, Microsoft Windows 2000 Server, Windows Server 2003, Windows Server 2008)

Сетевые приложения (программное обеспечение вычислительных сетей)

В зависимости от территориального расположения абонентских систем ВС разделяют на три основных класса:

Локальная ВС (LAN - Local Area Network) объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. РегиональнаяВС (MAN - Metropolitan Area Network) связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга (внутри города, региона, страны). Расстояние между абонентами - десятки-сотни километров.

Глобальная ВС (WAN - Wide Area Network) объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах.

Объединение глобальных, региональных и локальных ВС позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощные, экономически целесообразные средства обработки огромных сетевых массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам.

Чтобы обеспечить передачу информации из ЭВМ в коммуникационную среду, необходимо согласовывать сигналы внутреннего интерфейса ЭВМ с параметрами сигналов, передаваемых по каналам связи. При этом должно быть как физическое согласование (форма, амплитуда и длительность сигнала), так и кодовое.

Технические устройства, выполняющие такое согласование, называют адаптерами или сетевыми адаптерами. Один адаптер обеспечивает сопряжение с ЭВМ одного канала связи.

Кроме одноканальных адаптеров используются и многоканальные устройства - мультиплексоры передачи данных или просто мультиплексоры.

Для подсоединения компьютеров к глобальной вычислительной сети с использованием каналов телефонной связи необходим так называемый модем (модулятор-демодулятор), который осуществляет преобразование сигналов из цифровой формы (компьютерной) в аналоговую (характерную при передачи по телефонному каналу) и обратно.

Локальные вычислительные сети.

Локальная ВС (LAN - Local Area Network) объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. Это сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.п. (протяженности < 2-2,5 км). В локальных вычислительных сетях для объединения компьютеров используют различные виды кабеля (коаксиальные, оптоволоконные, типа «витая пара») с соответствующими платами расширения. С учетом стоимости кабеля имеются существенные ограничения по пространственному размещению такой вычислительной сети («локализована» в нескольких соседних помещениях, в одном или нескольких недалеко стоящих друг от друга зданиях), что и дало основание для ее названия.

Вычислительные сети

Классификация вычислительных сетей

Вычислительная сеть - это совокупность компьютеров, соединенных между собой с помощью каналов связи в единую систему и использующих общие ресурсы.

В зависимости от средств связи и по территориальному признаку компьютерные сети делятся на:

локальные

региональные

глобальные.

По способу доступа к информации сети бывают:

файл-сервер (дисковая память)
факс-сервер
сервер приложений
почтовый сервер (для организации почтовой связи) и др.

централизованная (центральная ЭВМ или Host-компьютер, все запросы идут к ней, и обработка ведется на ней);
распределенная "клиент-серверная" (клиентская часть программы делает запрос серверу, на нем производится обработка запроса и передача ответа клиенту).

Технические средства, обеспечивающие передачу информации в коммуникационную среду

сетевой адаптер (плата)

модем (преобразователь потока битов в аналоговые сигналы и наоборот)

концентратор (устройство, коммутирующее несколько внутренних каналов
связи в один внешний)

передающая среда - витая пара проводов, коаксиальный кабель и
оптоволоконный кабель (идеальная передающая среда, не подверженная
действию электромагнитных полей, скорость передачи - более 50 Мбит в сек.)

каналы связи: выделенные или коммутируемые телефонные каналы,
специальные каналы для передачи цифровой информации,
радиоканалы и каналы спутниковой связи.

скоростью передачи данных
пропускной способностью канала связи
достоверность передачи
надежностью канала связи и модемов

Скорость передачи данных измеряется в бит/сек (bps).
Пропускная способность измеряется байт (знак)/сек.
Достоверность измеряется количеством ошибок на знак.
Надежность - среднее время безотказной работы (норма - несколько тыс. часов).

Организация локальных сетей

Одноранговые сети
ЛВС с выделенным (одним или несколькими) сервером.

Мосты (устройство, объединяющее две сети с одинаковыми методами передачи данных).
Маршрутизаторы (устройства, соединяющие сети разного типа, но использующие одну ОС). Маршрутизаторы зависят от протоколов сети.
Шлюзы (устройства, позволяющие организовать обмен данными между двумя сетями с разными протоколами взаимодействия).

Организация глобальных сетей

Глобальная вычислительная сеть (ГВС GAN-Global Area Network) - это вычислительная сеть компьютеров ЛВС, которая объединяет абонентов расположенных в разных странах и даже континентах. Взаимодействие осуществляется на базе телефонной связи, оптоволоконных линий (проводная связь) и спутниковой, радиомодемной (беспроводная связь).

Составляющие сети - соединяются между собой посредством компьютеров, которые называются - ``узлы''. Так Сеть связывается воедино. В состав глобальной сети могут входить, кроме локальных сетей и компьютеров - "узлов" другие сети, например, Ethernet, Token Ring, сети на телефонных линиях, пакетные радиосети и т.п.
Выделенные линии и локальные сети суть аналоги железных дорог, самолетов почты и почтовых отделений, почтальонов. С их помощью почта движется с места на место.
Узлы - аналоги почтовых отделений, где принимается решение, как перемещать данные (``пакеты'') по сети, точно так же, как почтовый узел намечает дальнейший путь почтового конверта.

В основу архитектуры глобальной компьютерной сети положена модель взаимодействия открытых систем (OSI - Open System Interface) .

Это связано с многообразием вычислительных сетей и сетевых программных средств, т.е. с проблемой объединения сетей различных архитектур.

Открытая система - это система, взаимодействующая с другими системами в соответствии с принятыми стандартами. Обмен между системами происходит по протоколам, т.е. набору правил, определяющему взаимодействие двух одноименных уровней модели OSI в различных абонентских ЭВМ.

Правила, определяемые в протоколе, реализуются в программе, называемой драйвером .

Эта модель имеет семиуровневую структуру :

7 - Прикладной (поддержка прикладных процессов конечного пользователя).
6 - Представительный (синтаксис данных).
5 - Сеансовый (поддержки сеанса)
4 - Транспортный
3 - Сетевой
2 - Канальный
1 - Физический

Концепция OSI предполагает стандартизацию протоколов всех уровней, однако, этому поддаются только 1 - 3 уровни, с остальными сложнее. Поэтому реально в сетях используются не все 7 уровней.

Примером глобальной сети является Интернет . Логическая структура Интернет представляет собой некое виртуальное объединение, имеющее свое информационное пространство. Основные ячейки Интернет - ЛВС.

Организации

com - коммерческий,
gov - правительственный,
mil - военный,
edu - образовательный.

ru (su) - Россия,
uk -Великобритания,
de Германия и т.д.

Протоколы и услуги в Интернет

Основной протокол, по которому передаются данные в Интернет, называется TCP/IP - Transmission Control Protocol/Internet Protocol - Протокол управления передачей/межсетевой протокол. Протокол TCP/IP содержит семейство протоколов, которые определяют правила работы других уровней согласно концепции OSI, например протоколы пользовательского уровня .

Наиболее известными являются следующие протоколы:

Каждый из этих протоколов соответствует какой-либо услуге Интернет. Для реализации вышеперечисленных протоколов и соответствующих услуг существует мета средства, например, WWW - Всемирная паутина, включающая в себя все виды услуг и средства "навигации". Блоками ее являются WWW-серверы, для работы с этими блоками используются специальные программы-клиенты - браузеры (обозреватели).

Организация корпоративных сетей

Современные информационные технологии продолжают возникшую в конце 70-х гг. тенденцию к развитию распределенной обработки данных. Начальным этапом развития таких методов обработки информации явились многомашинные системы, которые представляли собой совокупность вычислительных машин различной производительности, объединенных в систему с помощью каналов связи. Высшей стадией распределенных технологий обработки данных являются компьютерные сети различных уровней - локальные, корпоративные, глобальные.

В общем виде компьютерная сеть представляет собой систему взаимосвязанных и распределенных компьютеров, ориентированных на коллективное использование ресурсов сети, в качестве которых используются аппаратные, программные и информационные ресурсы:

Информационные ресурсы сети представляют собой базы данных общего и индивидуального применения, ориентированные на решаемые в сети задачи.

Аппаратные ресурсы сети составляют компьютеры различных типов, средства территориальных систем связи, аппаратура связи и согласования работы сетей одного и того же уровня или различных уровней.

Программные ресурсы сети представляют собой комплекс программ для планирования, организации и осуществления коллективного доступа пользователей к общесетевым ресурсам, автоматизации процессов обработки информации, динамического распределения и перераспределения общесетевых ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей.

Назначение компьютерных сетей:

обеспечить надежный и быстрый доступ пользователей к ресурсам сети и организовать коллективную эксплуатацию этих ресурсов;
обеспечить возможность оперативного перемещения информации на любые расстояния с целью своевременного получения данных для принятия управленческих решений.

Компьютерные сети позволяют автоматизировать управление отдельными организациями, предприятиями, регионами. Возможность концентрации в компьютерных сетях больших объемов информации, общедоступность этих данных, а также программных и аппаратных средств обработки и высокая надежность функционирования - все это позволяет улучшить информационное обслуживание пользователей и резко повысить эффективность применения средств вычислительной техники.

Использование компьютерных сетей предоставляет следующие возможности:

Организовать параллельную обработку данных несколькими ПК.
Создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти различных компьютеров.
Специализировать отдельные компьютеры для эффективного решения определенных классов задач.
Автоматизировать обмен информацией и программами между отдельными компьютерами и пользователями сети.
Резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных ресурсов сети с целью быстрого восстановления нормальной работы сети.
Перераспределять вычислительные мощности между пользователями сети в зависимости от изменения потребностей и сложности решаемых задач.
Сочетать работу в различных режимах: диалоговом, пакетном, режиме "запрос-ответ", режиме сбора, передачи и обмена информацией.

Таким образом, можно отметить, что особенностью использования компьютерных сетей является не только приближение аппаратных средств непосредственно к местам возникновения и использования информации, но и разделение функций обработки и управления на отдельные составляющие с целью их эффективного распределения между несколькими компьютерами, а также обеспечение надежного доступа пользователей к вычислительным и информационным ресурсам и организация коллективной эксплуатации этих ресурсов.

Как показывает практика, за счет расширения возможностей обработки данных, лучшей загрузки ресурсов и повышения надежности функционирования системы в целом стоимость обработки информации в компьютерных сетях не менее, чем в полтора раза ниже по сравнению с обработкой аналогичных данных на автономных (локальных) компьютерах.

Компьютерные сети можно классифицировать по разным признакам, представленным на рис. 6.1.

Характеристика различных видов компьютерных сетей представлена в табл. 6.1.

Читайте также: