КОМПЬЮТЕРНЫЕ КОММУНИКАЦИИ И СЕТИ 1 1 Понятие

КОМПЬЮТЕРНЫЕ КОММУНИКАЦИИ И СЕТИ 1

1. Понятие компьютерной сети. Эволюция вычислительных систем 2

• КОМПЬЮТЕРНАЯ СЕТЬ – совокупность компьютеров, соединенных между собой с помощью специальных аппаратных и программных средств посредством линий передачи информации (каналов или линий связи). • КОМПЬЮТЕРНАЯ СЕТЬ – совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенного для этой топологии. 3

Эволюция вычислительных систем • Концепция современных вычислительных сетей является логическим результатом эволюции компьютерной технологии. 4

1. Системы пакетной обработки данных (50 -е годы XX века) 1. 1. Централизованная система на базе мейнфрейма • Мэйнфрейм — мощный и надежный компьютер универсального назначения. 5

Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр. Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день. Таким образом, одна неверно набитая карта означала как минимум суточную задержку. 6

2. Многотерминальные системы (60 -е годы XX века) • Terminal – элемент централизованной вычислительной системы, обеспечивающий прием/передачу данных между головной машиной и пользователем. 7

Взаимодействие терминалов с центральным компьютером 8

Нost-компьютер - главный компьютер, управляющий работой сети. 9

Появление глобальных сетей • Терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. • Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных компьютеров класса супер. ЭВМ. 10

11

• Затем появились системы, в которых наряду с удаленными соединениями типа терминал— компьютер были реализованы и удаленные связи типа компьютер— компьютер. • Компьютеры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме, что, собственно, и является базовым механизмом любой вычислительной сети. 12

13

• Используя этот механизм, в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие, ставшие теперь традиционными сетевые службы. Таким образом, можно считать, что хронологически первыми появились глобальные вычислительные сети. 14

3. 70 -е годы. Создание мини-компьютеров • Технологический прорыв в области производства компьютерных компонентов — появились большие интегральные схемы. • Их сравнительно невысокая стоимость и высокие функциональные возможности привели к созданию мини компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. 15

Автономное использование нескольких мини-компьютеров на одном предприятии 16

Достоинства новых систем • Десяток мини компьютеров выполнял некоторые задачи (как правило, хорошо распараллеливаемые) быстрее одного мэйнфрейма. • Стоимость мини компьютера была существенно дешевле мейн фрейма. • Даже небольшие подразделения предприятий получили возможность покупать для себя компьютеры. 17

• Мини компьютеры выполняли задачи управления технологическим оборудованием, складом и другие задачи уровня подразделения пред приятия. Таким образом, появилась концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию. • Однако при этом все компьютеры одной организации по прежнему продолжали работать автономно. 18

Первые локальные сети Различные типы связей в первых локальных сетях 19

На первых порах для соединения компьютеров друг с другом использовались самые разнообразные нестандартные устройства со своим способом представления данных на линиях связи, своими типами кабелей и т. п. Эти устройства могли соединять только те типы компьюте ров, для которых были разработаны, — например, мини компьютеры PDP 11 с мэйнфреймом IBM 360 или компьютеры «Наири» с компьютерами «Днепр» . 20

• Персональные компьютеры стали идеальными элементами для построения сетей — с одной стороны, они были достаточно мощными для работы сетевого программного обеспечения, а с другой — явно нуждались в объединении своей вычислительной мощности для решения сложных задач, а также разделения дорогих периферийных устройств и дисковых массивов. • Поэтому персональные компьютеры стали преобладать в локальных сетях, причем не только в качестве клиентских компьютеров, но и в качестве центров хранения и обработки данных, то есть сетевых серверов, потеснив с этих привычных ролей мини компьютеры и мэйнфреймы. 21

Стандартизация разработки компьютерной сети (80 е гг. ) Для упрощения проектирования компьютерной сети были разработаны: • эталонная модель OSI (Open System Interconnection), модель описывает взаимосвязи открытых систем: то, как два узла сети взаимодействуют между собой. • стандартные сетевые технологии (Ethernet, Arcnet, Token Ring). 22

• Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно аппаратных средств (сетевых адаптеров, драйверов, кабелей, разъемов) достаточный для построения вычислительной сети. • Сетево й протоко л — набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами. Разные протоколы зачастую описывают лишь разные стороны одного типа связи; взятые вместе, они образуют стек протоколов. Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол. 23

• Стандартные сетевые технологии превратили процесс построения локальной сети из искусства в рутинную работу. • Для создания локальной сети достаточно: – приобрести сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet; – стандартный кабель; – присоединить адаптеры к кабелю стандартными разъемами; – установить на компьютер одну из сетевых операционных систем. 24

Классификации компьютерных сетей 1. По территориальному признаку 25

Типы сетей • Локальные сети - Local Area Network (LAN) – сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе 1 2 км). • Чаще всего локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. • Различают одноранговые локальные сети и сети с выделенным файловым сервером. 26

Типы сетей • Глобальные сети – Wide Area Networks (WAN) – объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. • Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в глобальных сетях часто используют уже существующие линии связи, изначально предназначенные для других целей. • Для устойчивой передачи дискретных данных по таким линиям связи применяются методы и оборудование, существенно отличающиеся от методов и оборудования локальных сетей. 27

• В глобальных сетях, как правило, применяются сложные процедуры контроля и восстановления данных, так как наиболее типичный режим передачи данных здесь связан со значительными искажениями сигналов. 28

Схема взаимосвязи и соотношения локальных и глобальных сетей 29

30

Типы сетей Сети масштаба города - Metropolitan Area Network (MAN). • MAN — высокоскоростная сеть, которая прокладывается в масштабах городов и служит для связи городских локальных сетей и соединения локальных сетей с глобальными; • используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные. 31

Типы сетей Корпоративные сети – сети масштаба предприятия (enterprise wide network). Такие сети объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. • Они имеют сложные связи, могут покрывать город, регион и даже континент. • Число пользователей и ПК может измеряться тысячами, число серверов – сотнями, возможно использование каналов связи глобальных сетей (телефонные, радиоканалы, спутниковая связь). 32

• Высока степень разнообразия (гетерогенности) компьютеров, коммуникационного оборудования, операционных систем, программных средств. • При этом сеть должна работать как единое целое. • Для такой сети используется централизованная справочная служба, в базе данных которой хранятся все учетные записи пользователей сети. • Существенно увеличиваются требования к такой сети и к уровню ее обслуживания. 33

ИТАК, КОМПЬЮТЕРНАЯ СЕТЬ – совокупность компьютеров, соединенных между собой с помощью специальных аппаратных и программных средств посредством линий передачи информации (каналов или линий связи). 34

Состав компьютерной сети • • Изучение сети в целом предполагает знание принципов работы ее отдельных элементов: компьютеров; кабельных систем, коммуникационного оборудования; сетевых операционных систем; сетевых приложений. 35

ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ, ЛИНИИ СВЯЗИ • Линия связи - система, через которую передаются сигналы. • Линия связи в общем случае состоит: - из физической среды, по которой передаются информационные сигналы, - аппаратуры передачи данных и - промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи (line) является термин канал связи (channel). 36

Линия связи в общем случае состоит: - из физической среды, по которой передаются информационные сигналы, - аппаратуры передачи данных и - промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи (line) является термин канал связи (channel). 37

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на: • кабельные (медные и волоконно оптические); • радиоканалы наземной и спутниковой связи. 38

В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: • коаксиальные кабели с медной жилой; • кабели на основе скрученных пар медных проводов ( «витая пара» ) экранированная, неэкранированная, • волоконно оптические кабели. 39

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ И ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ • Пропускная способность — это скорость передачи данных по линии связи. В качестве единицы пропускной способности используется бит в секунду. • Полоса пропускания определяет непрерывный диапазон частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по кабелю без значительных искажений. • Чем шире полоса пропускания, тем больше максимально возможная скорость передачи информации по линии связи. 40

Коаксиальный кабель 41

Коаксиальный кабель 42

• 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, для глобальных сетей, для кабельного телевидения и т. п. Этот кабель все реже встречается в современных локальных сетях, так как он в основном вытеснен витой парой. 43

Витая пара 44

Витая пара (twisted pair) — это кабель, состоящий из нескольких скрученных между собой проводов, заключенных в общую изоляцию. Различают экранированную и неэкранированную витые пары. • Экранированная витая пара (STP Shielded Twisted Pair) представляет собой скрученные провода, заключенные в экранирующую оплетку (изоляционный экран). • Неэкранированная витая пара (UTP Unshielded Twisted Pair, или Unscreened Twisted Pair) не имеет дополнительной изоляционной обертки. Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю. 45

ХАРАКТЕРИСТИКИ КАБЕЛЯ Диаметр проводника • Для классификации диаметра или площади сечения проводника чаще всего используется система AWG — American Wire Gauge. В этой классификации с увеличением номера уменьшается диаметр проводника. Шаг скрутки проводов • Кабели UTP выпускаются в четырехпарном исполнении. Каждый проводник в таком кабеле имеет определенный цвет и шаг скрутки. Не во всех кабелях для передачи данных используются все линии. 46

Провода кабеля UTP скручены не произвольно, а в соответствии со строго определенными параметрами: от параметров скрутки зависят характеристики кабеля. Поэтому, если, на пример, произошел разрыв такого кабеля, то его лучше заменить а не пытаться восстановить своими силами. Правильно вы его не скрутите, зато ухудшите характеристики сети. 47

• Кабель UTP отличается невысокой стоимостью и достаточно хорошими характеристиками. • Именно поэтому он так часто применяется в строительстве современных локальных сетей. 48

• Для соединения кабелей и оборудования используются стандартизированные разъемы RJ 45. 49

Рекомендации по эксплуатации кабеля • Не рекомендуется восстанавливать поврежденные UTP или STP кабели. Чтобы сеть могла полноценно функционировать, поврежденный кабель следует заменить новым. • Не рекомендуется прилагать к проводам нагрузки, растягивающие их. • Кабелям противопоказаны сильные сгибы, сжатия и т. д. 50

Оптоволоконный кабель 51

• • • Волоконно-оптический кабель (optical fiber) состоит из тонких (5 60 микрон) 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). Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Обладают противоподслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптические кабельные системы применяются там, где нужны высокие скорости передачи и высокая надежность линий. 52

53

Линии связи можно также разделить на аналоговые и цифровые • Примером аналоговой линии связи может служить модемное соединение с провайдером через обычную телефонную линию. • Отличительной особенностью аналоговых линий связи является то, что их сигнал носит непрерывный характер — диапазон его значений находится в неких пределах и может принимать бесконечное множество значений. • Цифровые же линии связи отличаются фиксированным набором значений, которые может принимать передаваемый по линии сигнал. 54

Топологии логических связей в сети Под топологией вычислительной сети понимается способ объединения компьютеров в сеть в виде графа (структуры, состоящей из точек – узлов, соединенных линиями – ребрами). Вершинам графа соответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование, например концентраторы), а ребрам — физические связи между ними. 55

56

57

58

59

60

61