ТЕМА 7 ОСНОВЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ

ТЕМА 7. ОСНОВЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ В ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Лекция 7/1 «Сетевые технологии в профессиональной деятельности»

• • Учебные вопросы: 1. Современные коммуникационные технологии. 2. Назначение, компоненты и общая структура компьютерной сети. 3. Требования к сетям и их классификация. 4. Логическая и физическая структура сети. 2

Современный рынок информации, основанный на компьютерных технологиях, можно разделить на следующие взаимосвязанные части: • рынок информации (политическая, деловая, финансовая, демографическая, юридическая, научно-техническая, потребительская и другие виды информации); • рынок сделок на основе компьютерных технологий (банковские операции, электронные торги, покупка билетов на транспорт, заказ товаров и услуг); • рынок программного обеспечения ПЭВМ; • рынок услуг сетевых коммуникаций, в т. ч. телекоммуникаций. 3

Телекоммуникации - это общение между Телекоммуникации субъектами (людьми, приборами, компьютерами), находящимися на таком удалении друг от друга, которое исключает непосредственный контакт ( "теле" - удалённый, "коммуникация" - связь, сообщение). В этом смысле к телекоммуникациям относятся: обмен световыми сигналами между кораблями на море, другие способы визуального и звукового общения (например, барабанная почта у африканских племён), телеграф, телефон, телевидение. 4

Основными современными системами коммуникаций являются: • широковещательные радио и телевизионные сети; • проводные системы связи; • радиосистемы связи; • национальные и международные компьютерные сети; • цифровые сети интегрального обслуживания. 5

№№ Системы коммуникаций Состав коммуникационных систем 1 Широковещательные радио и телевизионные сети Государственные и коммерческие радио и телеканалы, системы телетекст и видеотекс 2 Проводные системы связи По проводным системам связи организуются телеграфные, телексные, телетексные, телефонные и телефаксные каналы. К проводным системам коммуникаций можно отнести и сеть проводной многоканальной трансляции радиовещания. 3 Радиосистемы связи Спутниковые системы связи; радиочастотные, инфракрасные и микроволновые каналы связи; сотовая связь; радиопейджинг. 4 Национальные и международные компьютерные сети Имеющиеся проводные и радиосистемы связи, а также специально проложенные линии связи 5 Цифровые сети интегрального обслуживания 1) Цифровые сети интегрального обслуживания ISDN(Integrated Service Digital Network). Сеть предоставляет пользователям следующие услуги: телефон, телекс, телетекс, факсимильную связь, электронную почту, телеконференции. 2) Широкополосные сети интегрального обслуживания BSN (Broadband Service Network) - находятся в стадии разработки. На основе оптоволоконной физической среды будут созданы высокоскоростные широкополосные сети, которые кроме названных услуг обеспечат видеотелефон, 6 кабельное телевидение, видеоконференции.

Определения • Телеграфная сеть — это национальная сеть обмена короткими символьными сообщениями по низкоскоростным телеграфным каналам связи. Терминалами являются клавишные телеграфные аппараты. • Телекс - международная сеть обмена символьными сообщениями. Каналы связи и терминалы те же, что и в телеграфной сети. Сеть объединяет более 100 национальных телеграфных сетей и обслуживает более 800 000 абонентов. • Телетекс — международная сеть обмена символьными сообщениями по телефонным каналам связи и скоростным каналам передачи данных. Терминалами являются дисплейные комплексы и ПЭВМ. В начале XXI века сети телетекса заменят телекс. • Видеотекс (videotex) содержит больше информации чем телетекс и является интерактивной. • Телефонная сеть - национальная и международная сеть обмена речевыми сообщениями по телефонным каналам связи. Терминалы: аналоговые и цифровые телефонные аппараты. • Телефакс — международная сеть обмена речевой, символьной и графической информацией. Используются телефонные каналы связи и терминалы в составе: телефонный аппарат, сканер, принтер и модем. Телефакс может использоваться в 7 комплексе с ПЭВМ.

Компьютерные телекоммуникации – обмен информацией на расстоянии с помощью компьютера. 8

2. Назначение, компоненты и общая структура компьютерной сети

• Компьютерная сеть (информационновычислительная сеть) - это система распределенных на территории средств ввода/вывода, хранения и обработки информации, связанных между собой каналами передачи данных. • Информационно-вычислительная сеть (ИВС) - группа компьютеров и периферийных устройств, соединенных между собой при помощи специальной аппаратуры, обеспечивающей обмен данными между любыми компьютерами данной группы, доступ к общим ресурсам (дисковая память, программы, периферийное оборудование). Компьютеры соединяются непосредственно друг с другом (двухточечное соединение), либо через промежуточные узлы связи. 10

Что такое компьютерная сеть? Компьютерная сеть – это группа компьютеров, соединённых линиями связи: q q электрические кабели телефонная линия оптоволоконный кабель (оптическое волокно) радиосвязь (беспроводные сети, Wi. Fi) Что приобрели? q быстрый обмен информацией между компьютерами q совместное использование ресурсов (данные, программы, внешние устройства) q электронная почта Что потеряли? q финансовые затраты (техника, программное обеспечение) q снижение безопасности (вирусы, шпионаж) q нужен специалист по обслуживанию (системный администратор) 11

Сети могут обеспечить: • удаленный доступ пользователей к ресурсам сети (базам и банкам данных, экспертным системам, высокопроизводительным ЭВМ, высококачественным принтерам и графопостроителям и др. ); • создание распределенных банков данных, что снижает стоимость их эксплуатации и уменьшает время доступа пользователей к информации; • предоставление пользователям различных услуг (службы информации, электронной почты, телеконференций и др. ). 12

Обобщенная структура взаимосвязанных сетей 13

Компоненты сетей • ЭВМ - вычислительные средства сети, которые могут быть разных классов и типов и работать под управлением различных операционных систем. • Для работы в сети ЭВМ должна быть укомплектована необходимыми техническими средствами (например: сетевым адаптером, модемом для телефонных каналов связи, устройством преобразования сигналов для телеграфных каналов, абонентской радиостанцией для радиоканалов и др. ) и программами, поддерживающими работу этих устройств. 14

Компоненты сетей • ЦУС — центр управления сетью, где работает администратор сети. В ЦУС, как правило, устанавливается ЭВМ, обладающая наивысшей производительностью и большим объемом памяти и оснащенная специальным программным обеспечением. 15

Компоненты сетей • Администратор сети - это человек или группа лиц, которые выполняют следующие функции: • проверку работоспособности компонентов сети, отключение неисправных, подключение отремонтированных или новых компонентов; • установление конфигурации сети; • определение дисциплины (порядка) обслуживания пользователей; • учет времени работы пользователей и компонентов сети. 16

Компоненты сетей • Терминалы (Т) - устройства ввода/вывода информации без ее обработки. • Средства коммуникаций (СК) — комплекс технических и программных средств для обеспечения информационного взаимодействия между компонентами сети. В сетях используются каналы связи с различными физическими средствами передачи сигналов: проводными, оптоволоконными и по радио. 17

Обмен данными в сетях Протокол – это набор соглашений и правил, определяющих порядок обмена данными в сети. В сетях, подключенных к Интернету – протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) Разбивка на пакеты (до 1, 5 Кб): Адрес получателя Адрес отправителя Длина пакета Данные Контрольная сумма: вычисляется по данным с помощью специального алгоритма. CRC = Cyclic Redundancy Check 18

Аппаратура для построения сетей 1. Сетевые карты (сетевые адаптеры). 2. Сетевые кабели • коаксиальный изоляция проводник • "витая пара" • оптоволоконный проводник (медь) оболочка (стекло) оболочка (пластик) основное волокно (стекло) 3. Хабы (концентраторы) – дублируют полученные данные на все порты. 4. Свитчи (коммутирующие хабы) – передают полученные данные только адресату. 19

Основной характеристикой каналов передачи информации является их пропускная способность (скорость передачи информации). Пропускная способность канала равна количеству информации, которое может передаваться по нему в единицу времени. Обычно пропускная способность измеряется в битах в секунду (бит/с) и кратных единицах Кбит/с и Мбит/с. Однако иногда в качестве единицы измерения используется байт в секунду (байт/с) и кратные ему единицы Кбайт/с и Мбайт/с. 20

Связи между сетями мост Мост (bridge) соединяет две локальные однородные сети, т. е. в которые входят программно-совместимые ЭВМ. Маршрутизатор (router) не просто пересылает данные, а может выбирать маршрут для каждого пакета (обход неисправных участков, снижение нагрузки на сегменты). Шлюз (gateway) – служит для соединения сетей с разными протоколами (сеть персональных компьютеров и сеть мэйнфреймов). 21

Беспроводные сети Каналы связи: • радиосвязь, обычно до 100 м (11 Мбит/c, 54 Мбит/с) • инфракрасное излучение (5 -10 Мбит/с) • инфракрасные лазеры (до 100 Мбит/с) q q q не нужно прокладывать кабель удобно для пользователей с ноутбуками дальняя связь – до нескольких тысяч километров проблемы совместимости с другими радиоисточниками низкая безопасность обмена данными слабая помехозащищенность Технология Wi. Fi (Wireless Fidelity) точка доступа до 50 компьютеров 22

Дальняя беспроводная связь Точка-точка – объединение двух сегментов сети с помощью радиосвязи (направленные антенны). Звезда – объединение нескольких сегментов сети центр 23

3. Требования к сетям и их классификация

Требования к сетям 1) Простота доступа пользователей к сети. 2) Открытость - возможность включения разнотипных ЭВМ. 3) Развиваемость - возможность наращивания ресурсов сети и абонентов. 4) Автономность - работа пользователя на своей ЭВМ не должна ограничиваться тем, что ЭВМ включена в сеть. 5) Интегральность - возможность обработки и передачи информации различного вида: символьной, графической, речевой. 6) Защищенность - возможность пресечения несанкционированного доступа к ресурсам сети. 7) Небольшое время ответа, обеспечивающее эффективную работу пользователя в диалоговом режиме в соответствии с назначением сети. 25

Требования к сетям 8) Непрерывность работы - возможность отключения или подключения ЭВМ к сети без прерывания ее работы (или с небольшим перерывом). 9) Помехоустойчивость - способность достоверно передавать информацию в условиях промышленных, бытовых и атмосферных помех. 10)Оперативное получение необходимой справки (помощи) по использованию ресурсов сети. 11)Высокая надежность функционирования компонентов сети. 12)Приемлемая стоимость услуг сети. 26

Классификация сетей 1. По территориальному размещению: • глобальные (WAN-Wide Area Network) – на территории страны или нескольких стран; • региональные (MAN-Municipal Area Network) - на территории района, области, региона; • локальные (LAN-Local Area Network) - в пределах организации, предприятия, фирмы. • Intranet - корпоративные сети, которые охватывают все предприятие (фирму) и объединяют разнородные вычислительные ресурсы в единой среде (построены на принципах глобальных сетей). 27

Классификация сетей • 2. По способу управления: • сети с централизованным управлением. В общем случае сети с централизованным управлением имеют центральную систему (ЭВМ), управляющую работой сети, которую называют сервером. Остальные компьютеры называют рабочими станциями. Они имеют доступ к серверу и совместно используемым периферийным устройствам. При выходе из строя центральной системы вся сеть прекращает работу. • с децентрализованным или распределенным управлением; их еще называют одноранговыми. В этих сетях все функции управления распределены между системами сети, по очереди передаются от одной рабочей станции к другой. Имеется доступ и к дискам и принтерам других рабочих станций. 28

Классификация сетей • 3. По составу вычислительных средств: • Однородные – объединяют однородные вычислительные средства. Например, сеть DECNET, в которую входят ЭВМ только фирмы DEC. • Неоднородные – содержат различные классы (микро-, мини-, большие) и модели (внутри классов) ЭВМ, а также различное абонентское оборудование. 29

Классификация сетей • 4. По типу решаемых задач: • ■ специализированные (например: электронная система торгов фондовой биржи); • ■ многофункциональные (например: государственная сеть). 30

4. Логическая и физическая структура сети

Сетевые структуры и архитектура ИВС Архитектура сети – единство физической, логической и функциональной структур • Физическая структура ИВС → аппаратное обеспечение ИВС • Логическая структура ИВС → программное обеспечение ИВС • Топология ИВС – геометрическая модель физической структуры ИВС 32

Локальные сети 1. Одноранговые сети все компьютеры равноправны Операционные системы: Windows 3. 11 / 95 / 98 / … / Vista 2. Сети с выделенным сервером Сервер – компьютер, предоставляющий свои ресурсы (файлы, программы, внешние устройства) в общее использование. • файловый сервер • сервер печати • почтовый сервер Клиент – компьютер, пользующийся услугами сервера. Операционные системы для серверов: Windows NT Server / 2000 Server / 2003 Server, UNIX 33

Технология "клиент-сервер" Клиент • посылает запрос с заданием серверу рабочая • выводит на экран ответ, полученный станция запрос от сервера Сервер • принимает запросы от клиентов и ответ ставит их в очередь • выполняет задание • посылает ответ с результатами q q сервер вся обработка данных – на сервере, РС могу быть маломощными дешевле модернизация меньше нагрузка на сеть (передаются только нужные данные) защита устанавливается на сервере (в одном месте) q финансовые затраты (техника, программное обеспечение) q сложная настройка сервера 34

Виды топологий ЛВС • Топология сети характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Все сети строятся на основе трех базовых топологий: шина, звезда, кольцо. • Топология называется шиной, если компьютеры подключены вдоль одного кабеля (сегмента). • Топология называется звездой, если компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки или концентратора. • Топология носит название кольцо, если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо. • Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий. Например, звезда-шина, звезда-кольцо, "дерево", "снежинка" , петлевая и др. 35

Схема (топология) "общая шина" Рабочая Станция сервер РС РС РС терминатор РС шина q простота, малый расход кабеля q легко подключать рабочие станции q при выходе из строя РС сеть работает q q q при разрыве шины сеть выходит из строя низкий уровень безопасности один канал связи, передача по очереди возможны конфликты (одновременная передача данных) сложно искать неисправности (непонятно, кто "завесил" сеть) длина шины ограничена (затухание сигнала) 36

Схема "звезда" сервер РС РС РС q q q единый центр управления, конфликты невозможны высокий уровень безопасности (всё идет через сервер) на каждой линии только 2 компьютера – проще обмен данными обрыв кабеля и выход из строя РС не влияет на работу сети все точки подключение собраны в одном месте (проще ремонт) q q если сервер вышел из строя, сеть не работает большой расход кабеля ограничение количества клиентов (8 или 16) размер ограничен 37

Пассивная "звезда" РС РС хаб сервер РС РС q обрыв кабеля и выход из строя РС не влияет на работу сети q все точки подключение собраны в одном месте (проще ремонт) q q q ! нет центрального компьютера (безопасность? ? ? ) если хаб вышел из строя, сеть не работает большой расход кабеля ограничение количества клиентов (8 или 16) размер ограничен Обладает свойствами звезды и общей шины. 38

Схема "кольцо" РС РС сервер РС РС РС q размер сети до 20 км q при выходе из строя любого компьютера или разрыве линии сеть не работает q низкая безопасность q скорость передачи данных падает при увеличении сети q сложно подключать новую РС 39

Сравнительная характеристика топологий ЛВС Топология Преимущества Недостатки Экономный расход кабеля. Сравнительно недорогая и несложная в использовании среда передачи. Простота, надежность. Легко расширяется. При значительных объемах трафика уменьшается пропускная способность сети. Трудно локализовать проблемы. Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей. Кольцо Все компьютеры имеют равный доступ. Количество пользователей не оказывает значительного влияния на производительность. Выход их строя одного компьютера выводит из строя всю сеть. Трудно локализовать проблемы. Изменение конфигурации сети требует остановки всей сети. Звезда Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры. Централизованный контроль и управление. Выход из строя одного компьютера не влияет на работоспособность сети. Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть. Шина 40

• С появлением первых сетей была осознана необходимость разработки стандартов, определяющих взаимодействие между компонентами одной сети, а также разных сетей. В 1978 г. Международная организация по стандартизации (МОС) опубликовала первые стандарты для взаимодействия открытых систем. Система является открытой, если она соответствует эталонной модели, разработанной МОС. Функции взаимодействия между компонентами сети делятся на уровни. 41

• Сетевой уровень (уровень) – это программно реализуемая группа специализированных функций. • Сетевые уровни считаются программно автономными, но всегда взаимодействуют с соседними. • Международная организация по стандартизации (ISO) предложила семиуровневую модель протоколов передачи данных, предназначенную для взаимодействия открытых систем и называемую OSI (Open System Interconnection). 42

Информация от пользователя до ЭВМ обязательно проходит через все семь уровней взаимодействия, преобразуясь в соответствии с протоколами уровней. ПЭВМ 7 7 6 6 5 5 4 4 Транспортный 3 3 Сетевой 2 2 1 1 Прикладной Представител ьный Сеансовый Канальный Физический Физическая среда 43

Функции сетевых уровней • • Физический уровень – передает данные. Канальный уровень – исправляет ошибки передачи данных. Сетевой уровень – предоставляет информацию о физических маршрутах передачи данных. Транспортный уровень – проверяет правильность передачи данных. Сеансовый уровень – синхронизирует обмен данными между верхними и нижними уровнями. Представительский – преобразует данные из сетевого формата в формат прикладной программы. Прикладной уровень – взаимодействует с пользователем. 44