Введение в сетевые технологии Раздел 1 Введение

«Введение в сетевые технологии» Раздел 1. Введение в дисциплину. Общие понятия Тема 1. Предмет дисциплины. Цель изучения дисциплины, ее задачи и содержание. Место дисциплины в учебном процессе. Перечень рекомендованной литературы. Роль сетевых технологий в современном обществе. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Развитие средств коммуникаций на

Тема 1. Предмет дисциплины. Цель изучения дисциплины, ее задачи и содержание. Место дисциплины в учебном процессе. Дисциплина «Введение в сетевые технологии» является одной из центральных в цикле дисциплин по аппаратным и программным средствам компьютерных и информационных технологий. Цель изучения данной дисциплины – овладение знаниями и приобретения основных навыков использования сетевых средств и базовых сетевых технологий для решения практических задач в будущей профессиональной деятельности 2

Тема 1. Предмет дисциплины. Роль сетевых технологий в современном обществе. Компьютер в настоящее время – это привычный атрибут как на рабочем месте в офисе, в научно-исследовательской лаборатории, так и в домашней обстановке. Практически с момента появления и использования компьютеров в различных отраслях производственной, научной деятельности человека появилась желание и созрела необходимость соединять их между собой для обмена данными. Компьютерная сеть – это совокупность узлов (компьютеров, терминалов, периферийных устройств) и телекоммуникационного оборудования, обеспечивающая информационный обмен компьютеров в сети. Основное назначение компьютерных сетей - обеспечение доступа к распределенным ресурсам, обмен сообщениями между пользователями сети. 3

Телекоммуникации (греч. tele - вдаль, далеко и лат. communicatio - общение) - это передача и прием любой информации (звука, изображения, данных, текста) на расстояние по различным электро-магнитным системам (кабельным, радиоканалам и другим проводным и беспроводным каналам связи) и оптоволоконным каналам. Телекоммуникационная сеть - это система технических средств, посредством которой осуществляются телекоммуникации. К телекоммуникационным сетям относятся: 1. Компьютерные сети (для передачи данных); 2. Телефонные сети (передача голосовой информации); 3. Сети документальной электросвязи: а) Телеграфные сети (передача текстовой информации небольшого объема) передача дискретными сигналами (1/0); б) Сеть для передачи факсимильной информации (рисунков, изображений); Сети широковещательных услуг: 4. Радиосети (передача голосовой информации -) 5. Телевизионные сети (передача голоса и изображения 4

В настоящее время компьютерные сети, широко применяются в больших и малых предприятиях и организациях, для автоматизации документа оборота, технологических процессов. Без компьютерных сетей не могут обойтись такие подразделения предприятий и организаций: - бухгалтерия, отдел кадров, экономики и труда, конструкторский отдел, отдел маркетинга, склады, производственные цеха и другие специфические отделы и службы. Одна из целей создания компьютерных сетей- использование общих ресурсов, таких как сетевые принтеры, дисковые накопители, модемы и факс модемы, сканеры, устройства записи компакт-дисков и пр. 5

Информационную систему предприятия, можно представить себе как совокупность одной или более баз данных на серверах. Доступ, к которым осуществляется с помощью компьютеров - клиентов. Такая система называется клиент-серверной моделью. 6

Вторая цель работы компьютерной сети - это замечательная коммуникационная среда для работников предприятия. Сотрудники могут посылать E-Mail, совместно готовить документы, использовать форумы, чаты для общения друг с другом и даже видеоконференции. Третья цель применения компьютерных сетей— это взаимодействие и делового общения с другими компаниями. Особенно это касается взаимоотношений типа «поставщикклиент» . С помощью компьютерных сетей процесс составления и отправки заказов можно автоматизировать, строго в соответствии с производственными нуждами, что позволяет резко повысить эффективность. 7

Четвертая цель — это интернет-коммерция. Перспективная и быстро развивающейся область услуг. Через Интернет уже можно приобретать, например, билеты на самолет, поезд, автобус, книги, музыкальные компакт-диски, видео DVD диски, компьютеры, бытовую технику и пр. on-line режиме. Вся эта технология называется электронным бизнесом. Пятая цель – это Интернет – банкинг, . - платежи, переводы денег можно выполнить не выходя из дома - т. е. предоставление банковских услуг. Шестая цель – создание и размещение различной рекламной информации на просторах Интернета виде WEB – сайтов 8 Седьмая цель – дистанционное обучение – интерактивные WWW – сайты, содержащие учебные материалы, лекции, методические пособия, вопросы для само проверки, контрольные задания и зачастую выполняющая роль экзаменатора.

Тема 1 Общие сведения о сети Интернет Базой для организации сети Интернет явилась компьютерная сеть Министерства обороны США ARPANet (ARPA — Advanced Research Projects Agency), созданная в начале 70 -х годов для связи компьютеров научных организаций, военных учреждений и предприятий оборонной промышленности. Сеть строилась при участии Пентагона как устойчивая к внешним воздействиям закрытая инфраструктура, способная выжить в условиях ядерного нападения, Российскому Интернету положило начало создание в начале 1990 года на базе Курчатовского института атомной энергии компьютерной сети Relcom. Уже к концу 1990 года в сеть интегрировалось более 30 локальных сетей разных организаций, что позволило осуществить ее официальную регистрацию и подключение к мировой сети В Республике Беларусь первая национальная сеть ПД Бел. Пак была создана в 1992 г. на базе одного коммутационного узла в г. Минске, имевшего функции опытной зоны по изучению потребностей в услугах передачи данных со стороны предприятий, организаций и учреждений 9

Тема 1. Общие сведения о сети Интернет Минский узел был оснащен одним коммутатором Х 25 и узлом электронной почты по протоколу UUCP. В связи с ростом пользователей электронной почты в 1993 году было организовано пять узлов электронной почты в областных городах. В Могилеве был организован один из первых после Минска почтовых серверов. Внешний шлюз был организован с Московской компанией " Relcom " пропускной способностью 19, 2 Кбит/сек. протокола Х. 25/Х 28, а доступ к электронной почте в 1994 г - UUCP. В 1995 -1996 гг. в РБ было закуплено и установлено во всех областных центрах и 12 -ти крупнейших районных - коммутаторы X. 25/X. 28 В 1997 году на Московскую компанию "Демос" был организован канал пропускной способностью 256 Кбит/сек. Началось предоставление услуг доступа к сети Интернет. В 1998 -1999 г. была организована общереспубликанская система парольного и беспарольного коммутируемого доступа к сети Интернет. В 2002 г. введены в эксплуатацию услуги доступа в сеть Интернет по технологиям ADSL и SHDSL. ADSL - самый доступный и перспективный вид широкополосного доступа. В 2003 г. введена услуга "Предоплаченная Интернет-карта". 10

Тема 1. Предмет дисциплины. Общие сведения о сети Интернет За 30 с лет Интернет стал превратился из небольшой мало известной сети в глобальную, межконтинентальная компьютерную сеть. На конец 2008 года, согласно оценке Internetworldstats. com, их насчитывалось более 1, 574 млрд, а это примерно 23, 5% населения земного шара. Направление развития Интернет определяет «Общество Интернета» (ISOC — Internet Society). ISOC — это организация, действующая на общественных началах, целью которой является содействие глобальному информационному обмену через Интернет. Она назначает совет старейшин, который отвечает за техническое руководство и ориентацию Интернета. 11

Тема 1. Предмет дисциплины. Общие сведения о сети Интернет Совет старейшин (IAB — Internet Architecture Board, или «Совет по архитектуре Интернета» ) представляет собой группу приглашенных лиц, которые добровольно изъявили желания принять участие в его работе. Совет регулярно собирается, чтобы утверждать стандарты и распределять ресурсы (например, правила присвоения адресов). Стандарты позволяет связывать между собой компьютеры производства разных фирм и с различными OS. Еще один общественный орган- IETF (Internet Engineering Task Force). IETF —собирается регулярно для обсуждения текущих технических и организационных проблем Интернета. IETF формирует рабочую группу для дальнейшего изучения, какой-либо проблемы. Рабочие группы выполняют различные функций — от выпуска документации и принятия решений о том, как сети должны взаимодействовать между собой в специфических ситуациях. Рабочая группа составляет доклад, либо предложение, которое направляется в IAB для принятия в качестве стандарта. 12

Тема 1. Предмет дисциплины. Общие сведения о сети Интернет Основу Интернета составляют высокоскоростные телекоммуникационные магистральные сети. К магистральной сети через точки сетевого доступа NAP (Network Access Point) подсоединяются автономные системы, каждая из которых уже имеет свое административное управление, свои внутренние протоколы маршрутизации. 13 К автономным системам относятся : EUNet - страны центральной Европы, сеть RUNet, объединяющая университеты России, «Бел. Пак» - национальная сеть РБ и т. п. Автономной системой (AS ) называют такую локальную сеть или систему сетей, которые имеют единую администрацию и общую маршрутную политику. Автономная система должна обязательно создаваться, когда оператор сети связан с более чем одной AS с отличной от его маршрутной политикой. Компьютеры сетевые или локальные, непосредственно подключенные к Интернету, называются хост- компьютерами (host — хозяин)

Тема 1. Предмет дисциплины. Общие сведения о сети Интернет Каждый компьютер в Интернете имеет IP-адрес, по которому его можно найти - из любой точки мира. Важный параметр — скорость доступа к сети Интернет. Он определяется пропускной способностью каналов связи между автономными системами, внутри автономных систем и абонентских каналов доступа к автономным системам. Для модемного доступа по коммутируемым телефонным каналам связи, эта скорость невелика — от 19 Кбит/с до 56 Кбит/с. По технологии ADSL-2 Mb/s и более. Широко внедряется беспроводной радиодоступ по технологии Wi-Fi и с использованием оптического кабеля. 14

Тема 1. Предмет дисциплины. Общие сведения о сети Интернет Магистраль (Опорная сеть) Региональная сеть 3 (AS) Региональная сеть 1 (AS) Региональная сеть 2 (AS) Крупная сеть Провайдера 1 (AS) Клиенты: предприятия, конечный пользователь компьютеры … 15 Сеть Провайдера 3 Сеть Провайдера 2 Сервер предприятия, доступный из любой точки сети Интернет

Тема 1. Предмет дисциплины. Общие сведения о сети Интернет 16 Структура сети Интернет — типичная клиентсерверная, то есть имеются компьютеры, в основном получающие информацию из сети — «клиенты» , а есть компьютеры, снабжающие клиентов информацией — «серверы» (естественно, серверы также получают информацию, точнее накапливают ее, но все же основная их функция — отдавать). Возможная структура фрагмента сети Интернет показана на рис. 1. 3. Важной особенностью Интернета является то, что он, объединяя различные сети, не создает при этом никакой иерархии — все компьютеры, подключенные к сети, равноправны.

Тема 1. Предмет дисциплины. Общие сведения о сети Интернет Рис1. 3. Структура фрагмента сети Интернет 17

Тема 1. Предмет дисциплины. Эволюция компьютерных сетей. Эволюцию компьютерных сетей рассматривают по этапам: Первые компьютера 40 -50 -х годов- большие, громоздкие и дорогие – предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Они не были предназначены для интерактивной работе пользователя, а использовались в режиме пакетной обработки информации. Операторы вводили перфокарты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день (рис. 1. 4. ) 18 Следующий важный период 1965 -1975 годам. Стали широко применяться полупроводниковые элементы: транзисторы и интегральные микросхемы (БИС). Функциональные возможности БИС, сделали возможным реализацию сложных компьютерных архитектур, таких, как IBM/360. В этот период были реализованы практически все основные механизмы, присущие современным ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, поддержка многотерминального многопользовательского режима, виртуальная память, файловые системы, разграничение доступа и сетевая работа.

Вычислительный центр на базе мэйнфрейма Пакет заданий Устройство ввода Пользователи с заданиями на выполнение вычислительной работы Рис. 1. 4. Централизованная система на базе мэйнфрейма 19

. Тема 1. Предмет дисциплины. Эволюция комьютерных сетей. 4 этаж вычислительный центр на базе мэйнфрейма . Офисы 3 этажа . Терминал пользователя Офисы 2 этажа Офисы 1 этажа Рис. 1. 5. Многотерминальная система – прообраз вычислительной 20

Тема 1. Предмет дисциплины. Эволюция комьютерных сетей. Начали развиваться интерактивные многотерминальные системы разделения времени (рис. 1. 5). Сразу несколько пользователей имели доступ к одному компьютеру. И хотя вычислительная мощность оставалась полностью централизованной, некоторые функции, такие как ввод и вывод данных стали распределенными. Такие многотерминальные централизованные системы внешне уже были очень похожи на локальные вычислительные сети. 21

Тема 1. Предмет дисциплины. Эволюция комьютерных сетей. Появление глобальных сетей С появлением модемов, терминалы стали подключать к компьютеру удаленно - на многие сотни, а то и тысячи километров. Затем появились системы, в которых наряду с удаленными соединениями типа терминал—компьютер были реализованы и удаленные связи типа компьютер— компьютер. 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, хронологически первыми появились глобальные вычислительные сети. При построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи и концепции современных вычислительных сетей. Такие, например, как многоуровневое построение коммуникационных протоколов, технология коммутации пакетов, маршрутизация пакетов в составных сетях 22

Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Предмет дисциплины. Эволюция комьютерных сетей. Тема 1. 23 Первые локальные сети В начале 70 -х годов появление больших интегральных схем, привело к созданию мини-компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. Пятьдесять мини-компьютеров выполняли некоторые задачи быстрее одного мэйнфрейма, а стоимость такой мини- компьютерной системы была меньше. Даже небольшие подразделения предприятий получили возможность покупать для себя компьютеры. Таким образом, появилась концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию. Однако при этом все компьютеры одной организации по-прежнему продолжали работать автономно (рис. 1. 6)

Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Предмет дисциплины. Эволюция комьютерных сетей. Тема 1. Предприятие мини-ЭВМ Рис. 1. 6 Автономное использование нескольких миникомпьютеров на одном предприятии 24

Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Предмет дисциплины. Эволюция комьютерных сетей. Тема 1. Со временем появилась потребность соединить миникомпьютеры между собой и даже разных предприятий. Стали разрабатывать устройства сопряжения и ПО. В результате появились первые локальные вычислительные сети (рис. 1. 7). Они еще во многом отличались от современных локальных сетей, в первую очередь — своими устройствами сопряжения. На первых порах использовались самые разнообразные нестандартные устройства со своим способом представления данных на линиях связи, своими типами кабелей и т. п. 25

Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Предмет дисциплины. Эволюция комьютерных сетей. Тема 1. 26

Тема 1. Предмет дисциплины. Эволюция комьютерных сетей. Создание стандартных технологий локальных сетей В середине 80 -х годов появились СБИС –CPU микросхемы процессоров, что привело к созданию ПЭВМ, достаточно массовым, надежным и по мощности мало уступающим мини-ЭВМ. ПЭВМ стали широко применяться в LAN. В это - же время утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть — Ethernet, Arcnet, Token Ring. Стандартны LAN позволяли легко и просто получить доступ к дорогим периферийным устройствам: принтерам, модемам, сканерам и пр. , а также к ресурсам серверов, других компьютеров. 27

Тема 1. Предмет дисциплины. Эволюция комьютерных сетей. Первые ламповые компьютеры Начало 40 -х Первые компьютеры на полупроводниковых схемах (транзисторах). Середина 50 -х Первые компьютеры на интегральных схемах. Первые мультипрограммные ОС. Первые глобальные связи компьютеров. Середина 60 -х Конец 60 -х Начало передач по телефонным сетям голоса Конец 60 -х в цифровой форме. Появление больших интегральных схем. Начало 70 -х Первые мини-компьютеры. Первые нестандартные локальные сети. Начало 70 -х 28

Тема 1. Предмет дисциплины. Эволюция комьютерных сетей. Создание сетевой архитектуры IBM SNA. 1974 Создание технологии Х. 25. 1974 Появление персональных компьютеров. Создание Internet в современном виде. Установка на всех узлах стека TCP/IP. Начало 80 х Ethernet – 1980 Появление стандартных технологий локальных Token Ring сетей. – 1985 FDDI -1985 Начало коммерческого использования Internet. Конец 80 -х 29 Изобретение Web. 1991

Тема 1. Предмет дисциплины. Современные тенденции. Сегодня вычислительные сети продолжают развиваться, причем достаточно быстро. Разрыв между локальными и глобальными сетями постоянно сокращается во многом из-за появления высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам локальных сетей. В глобальных сетях появляются службы доступа к ресурсам, такие же удобные и прозрачные, как и службы локальных сетей. Подобные примеры в большом количестве демонстрирует самая популярная глобальная сеть — Internet 30

Тема 1. Предмет дисциплины. Современные тенденции. Изменяются и локальные сети. С применением разнообразного коммуникационного оборудования — коммутаторов, маршрутизаторов, шлюзов, появилась возможность построения больших корпоративных сетей, насчитывающих тысячи компьютеров и имеющих сложную и разветвленную структуру. 31 Возродился интерес к крупным компьютерам — выяснилось, что системы, состоящие из сотен серверов, обслуживать сложнее, чем несколько больших компьютеров. На современном этапе мэйнфреймы стали называться ЦОДами – центрами обработки данных.

Тема 1. Предмет дисциплины. Современные тенденции. 32 В современных сетях как в локальных, так и глобальных, стала обрабатываться несвойственная им информация — голос, видеоизображения, рисунки. Это потребовало внесения изменений в работу протоколов, сетевых операционных систем и коммуникационного оборудования. Сложность передачи такой мультимедийной информации по сети связана с ее чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных — задержки обычно приводят к искажению такой информации в конечных узлах сети. В 90 -х годах, глобальные компьютерные сети, работающие на скоростных цифровых каналов, существенно расширили свой спектр услуг и догнали локальные сети.

Тема 1. Предмет дисциплины. Современные тенденции. Стало возможным предоставлять пользователю получать и передавать информацию большого объема в реальном режиме времени, а именно мультимедийную информацию: изображения (фотографии, рисунки), голос, видеофильмы. Ярким примером такой службы является служба Word Wide Web, ставшая основным источником информации в Интернет. Ее интерактивные возможности превзошли возможности многих служб локальных сетей и разработчики локальных сетей позаимствовали службу WWW у глобальной сети. 33

Тема 1. Предмет дисциплины. Современные тенденции. 34 Процесс переноса технологий из глобальной сети в локальную приобрел такой массовый характер, что появился даже специальный термин – intranet – технологии (intra- внутренний). -В локальных сетях в последнее время уделяется такое же большое внимание к защите информации от несанкционированного доступа, как и в глобальных. Локальные сети перестали быть изолированными, и часто имеют выход в «Большой мир» через глобальную сеть. - Из новых технологий, объединяющих глобальные и локальные сети можно отметить технологию ATM, которая может служить основой как глобальных, так и локальных сетей, объединяя все существующие виды

Тема 1. Предмет дисциплины. Современные тенденции. -В глобальных сетях все чаще используется Ethernet, её 35 новый стандарт Ethernet- 1 Gb/s , 10 Gb/s, предназначен как для глобальных сетей, так и крупных локальных сетей. -Ещё одним признаком сближения локальных и глобальных сетей является появление сетей, занимающих промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. Это городские сети, или сети мегаполисов MAN Metropolitan Area Networks, предназначенные для обслуживания территории крупного города. Эти сети используют цифровые линии связи, часто оптоволокно со скоростью от 155 Mb/s и выше.

Тема 1. Предмет дисциплины. Современные тенденции. Сети MAN позволяют экономично соединить локальные сети и обеспечить выход в глобальные сети, такие как Интернет. Первоначально сети MAN были разработаны только для передачи данных, но сейчас они используются для передачи голосового трафика, например соединяя офисные мини-АТС, видеоконференции и пр. 36

Тема 1. Предмет дисциплины. Литература: В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ. Принципы, технологии, протоколы. 3 -е издание. 2009 г. Эндрю С. Таненбаум. Компьютерные сети 4 -е издание. 2008 г Бройдо В. Л Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов 2006 г. Бройдо В. Л. , Ильина О. П. Вычислительные, системы, сети и телекоммуникации, 3 -е издание. 2008 г Михал Гук. Аппаратные средства локальных сетей. 2005 г. 37