Предпосылки создания компьютерных сетей

Лекция №1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 Предпосылки создания компьютерных сетей

Развитие компьютерной техники значительное время шло в русле роста производительности одной мощной ЭВМ, обслуживающей нескольких пользователей. Это время было временем развития широко функциональных многотерминальных систем.

Подобные системы коллективного пользования характеризовались: большой вычислительной мощностью центральной ЭВМ с операционными системами, обеспечивающими многозадачность (возможность загрузки и одновременной работы нескольких одно- или разнотипных программ); концентрацией программ, данных и ресурсов общего пользования (дисков, принтеров и т.п.) в одном месте (управляет ими центральная ЭВМ); возможностью одновременной работы с вычислительными ресурсами нескольких пользователей, использующих разные ресурсы ЭВМ и выполняющих разные задачи; возможностью управления технологическими процессами в реальном времени.

Подобная организационная структура ЭВМ являлась иерархической и обеспечивала требования крупных групп пользователей (крупные предприятия, вычислительные центры, НИИ).

Преимуществом подобной системы является простота внешних устройств - терминалов и концентрация данных, ресурсов общего пользования в одном месте (что, кстати, облегчало обслуживание ЭВМ), недостатком – низкая надежность (выход из строя ЭВМ приводил к краху операционной системы (ОС), прикладных и управляющих программ). Кроме этого, многофункциональность и универсальность ЭВМ и ОС ограничивала возможности разнотипных прикладных задач. Концентрация большой вычислительной мощности ЭВМ удорожала компьютеры и делала их недоступными для одиночных пользователей и небольших предприятий.

В 1970 году Маршиан Эдвард Хофф, инженер фирмы Intel разработал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. В начале 1975 года появился первый, коммерчески распространяемый компьютер Альтаир - 8800, построенный на основе микропроцессора Intel -8080. В середине 1977 года был создан значительно более мощный компьютер с цветным монитором, выполненный на очень высоком уровне и весивший около 5 кг. В августе 1981 года новый компьютер под названием IBM PC с операционной системой и трансляторами фирмы был официально представлен публике, и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. По сравнению с терминальными системами, ПЭВМ отличались экономичностью, большой функциональностью (за счет использования различных внешних устройств, ОС и прикладных программ) и надежностью. Распределенность ресурсов (вычислительных ресурсов, данных и внешних устройств) создавало значительные сложности, поскольку обмен данными был затруднен. Данные переносились с помощью дискет, одновременная обработка одних и тех же данных была невозможна. По этой причине использование данных было чрезвычайно сложным процессом. Возникла потребность в централизованном хранении данных. Таким образом, возникла концепция объединения ПЭВМ в сети, т.е. системы, которые совмещали преимущества терминальных систем коллективного пользования (централизованное хранение данных) и ПЭВМ (распределенная обработка данных). Системы распределенной обработки предоставляют пользователям возможность доступа к общим данным, а приложения при этом выполняются на локальном ПК, т.е. имеет место централизация хранения данных и децентрализация вычислительных мощностей по их обработке. В этом заключается важнейшее отличие данных систем от классических многотерминальных систем.

Под сетью ПЭВМ (или компьютерной сетью) понимают коммуникационную систему, состоящую из двух или более компьютеров и включающую в себя специальные программы и аппаратное обеспечение, используемое для обмена информацией между собой и совместного использования ресурсов. Ресурсы сети – это данные, приложения и периферийные устройства, такие, как диск, принтер, модем и т.д. Любое из подключенных устройств может использовать сеть для передачи или получения информации. Преимущества, получаемые после объединения отдельных ПК в сеть: возрастает мобильность и оперативность работы. В сети можно организовать доступ всех пользователей к единому информационному ресурсу (например, базе данных), расположенному на одном компьютере. Обработка централизованных информационных ресурсов на разных ПК называется распределенной обработкой данных, снижаются затраты на аппаратное обеспечение в расчете на одного пользователя. Это достигается за счет совместного использования дискового пространства, дорогих высококачественных внешних устройств (лазерных принтеров, сканеров, плоттеров). Повышается надежность системы в целом, поскольку при поломке одного устройства исполнение его функций может взять на себя другое.

Снижаются затраты на программное обеспечение (ПО). Совместное использование дискового пространства позволяет разместить сетевые версии ПО на диске одного компьютера, что, кроме значительной экономии места на диске позволяет снизить затраты на ПО. В этом случае на локальных компьютерах дисковая подсистема вообще может отсутствовать.

упрощается обслуживание, резервное копирование и снижает затраты на поддержание целостности ПО.

1.2 Основные определения

Сеть – это совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных. Международная организация по стандартизации определила вычислительную сеть как последовательную бит-ориентированную передачу информации между связанными друг с другом независимыми устройствами.

В состав сети в общем случае включается следующие элементы:

сетевые компьютеры (оснащенные сетевым адаптером);

каналы связи (кабельные, спутниковые, телефонные, цифровые, волоконно-оптические, радиоканалы и др.);

различного рода преобразователи сигналов;

сетевое оборудование.

Под каналом связи следует понимать путь или средство, по которому передаются сигналы. Средство передачи сигналов называют абонентским, или физическим, каналом.

Каналы связи (data link) создаются по линиям связи при помощи сетевого оборудования и физических средств связи. Физические средства связи построены на основе витых пар, коаксиальных кабелей, оптических каналов или эфира. Между взаимодействующими информационными системами через физические каналы коммуникационной сети и узлы коммутации устанавливаются логические каналы.

Логический канал – это путь для передачи данных от одной системы к другой. Логический канал прокладывается по маршруту в одном или нескольких физических каналах. Логический канал можно охарактеризовать, как маршрут, проложенный через физические каналы и узлы коммутации.

Информация в сети передается блоками данных по процедурам обмена между объектами. Эти процедуры называют протоколами передачи данных.

Протокол – это совокупность правил, устанавливающих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими устройствами.

Загрузка сети характеризуется параметром, называемым трафиком. Трафик (traffic) – это поток сообщений в сети передачи данных. Под ним понимают количественное измерение в выбранных точках сети числа проходящих блоков данных и их длины, выраженное в битах в секунду.

Существенное влияние на характеристику сети оказывает метод доступа. Метод доступа – это способ определения того, какая из рабочих станций сможет следующей использовать канал связи и как управлять доступом к каналу связи (кабелю).

В сети все рабочие станции физически соединены между собою каналами связи по определенной структуре, называемой топологией. Топология – это описание физических соединений в сети, указывающее какие рабочие станции могут связываться между собой. Тип топологии определяет производительность, работоспособность и надежность эксплуатации рабочих станций, а также время обращения к файловому серверу. В зависимости от топологии сети используется тот или иной метод доступа.

Состав основных элементов в сети зависит от ее архитектуры. Архитектура – это концепция, определяющая взаимосвязь, структуру и функции взаимодействия рабочих станций в сети. Она предусматривает логическую, функциональную и физическую организацию технических и программных средств сети. Архитектура определяет принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети.

В основном выделяют три вида архитектур: архитектура терминал – главный компьютер, архитектура клиент – сервер и одноранговая архитектура.

Современные сети можно классифицировать по различным признакам: по удаленности компьютеров, топологии, назначению, перечню предоставляемых услуг, принципам управления (централизованные и децентрализованные), методам коммутации, методам доступа, видам среды передачи, скоростям передачи данных и т.д.

Преимущества использования сетей

Компьютерные сети представляют собой вариант сотрудничества людей и компьютеров, обеспечивающего ускорение доставки и обработки информации. Объединять компьютеры в сети начали более 30 лет назад. Когда возможности компьютеров выросли и ПК стали доступны каждому, развитие сетей значительно ускорилось.

Соединенные в сеть компьютеры обмениваются информацией и совместно используют периферийное оборудование и устройства хранения информации.

Ниже перечислены основные задачи, которые решаются с помощью рабочей станции в сети:

Компьютерная сеть позволит совместно использовать периферийные устройства, включая: принтеры; плоттеры; дисковые накопители; приводы CD-ROM и DVD-ROM; сканеры; факс-модемы.

Компьютерная сеть позволяет совместно использовать информационные ресурсы: каталоги; файлы; прикладные программы; игры; базы данных; текстовые процессоры.

Компьютерная сеть позволяет работать с многопользовательскими программами, обеспечивающими одновременный доступ всех пользователей к общим базам данных с блокировкой файлов и записей, обеспечивающей целостность данных. Любые программы, разработанные для стандартных ЛВС, можно использовать в других сетях.

Совместное использование ресурсов обеспечит существенную экономию средств и времени. Например, можно коллективно использовать один лазерный принтер вместо покупки принтера каждому сотруднику или беготни с дискетами к единственному принтеру при отсутствии сети.

Организация электронной почты. Можно использовать ЛВС как почтовую службу и рассылать служебные записки, доклады и сообщения другим пользователям.

Виды компьютерных сетей

Рассмотрим техническую сторону разработки сетей.

Единой общепринятой системы, которой удовлетворяют все сети не существует, однако есть два важнейших параметра: технология передачи и размеры. Рассмотрим оба параметра по очереди.

Существует два типа технологии передачи (которые впоследствии определяют два основных класса топологий сети):

широковещательные сети;

сети с передачей от узла к узлу.

Широковещательные сети обладают единым каналом связи, совместно используемым всеми машинами сети. Короткие сообщения, называемые пакетами, которые посылаются одной машиной, получают все машины. Поле адреса в пакете указывает, кому направляется сообщение. При получении пакета машина проверяет его адресное поле. Если пакет адресован этой машине, она его обрабатывает. Пакеты, адресованные другим машинам, игнорируются.

Широковещательные сети также позволяют адресовать пакет одновременно всем машинам с помощью специального кода в поле адреса. Когда передается пакет с таким адресом, его получают и обрабатывают все машины. Такая операция называется широковещательной передачей. Некоторые широковещательные системы также предоставляют возможность посылать сообщения подмножеству машин, и это называется многоадресной передачей.

Сети с передачей от узла к узлу (последовательные), напротив, состоят из большого количества соединенных пар машин. В сети подобного типа пакету, чтобы добраться до пункта назначения, необходимо пройти через ряд промежуточных машин. Часто при этом существует несколько возможных путей от источника до получателя, поэтому алгоритмы вычисления таких путей играют очень важную роль в сетях с передачей от узла к узлу. Обычно (хотя имеются и исключения) небольшие, географически локализованные в одном месте сети используют широковещательную передачу, тогда как в более крупных сетях применяется передача от узла к узлу. В последнем случае имеется один отправитель и один получатель, и такую систему иногда называют однонаправленной передачей.

Другим признаком классификации сетей является их размер.

Расстояние между процессорами

Процессоры расположены

Тип сети

1-10 м

Комната

Локальная сеть

10-100 м

Здание

100-1000 м

Территория предприятия

1-10 км

город

Муниципальная сеть

10-100 км

страна

Глобальная сеть

100-1000 км

континент

1000-10000 км

планета

Интернет

Локальными сетями (local area network, LAN) называют частные сети, размещающиеся, как правило, в одном здании или на территории какой-либо организации площадью до нескольких квадратных километров. Их часто используют для объединения компьютеров в офисах компании или предприятия для предоставления совместного доступа к ресурсам (например, принтерам) и обмена информацией.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) объединяет несколько компьютеров, расположенных на незначительном расстоянии друг от друга, в сеть. В таких сетях не требуется специальных устройств для передачи данных на расстояние.

Муниципальные сети (metropolitan area network, MAN) объединяют компьютеры в пределах города. Самым распространенным примером муниципальной сети является система кабельного телевидения.

Глобальная сеть (wide area network, WAN) охватывает значительную географическую область, часто целую страну ИМЛИ даже континент. Она объединяет машины, предназначенные для выполнения программ пользователя (приложений). Эти машины называются хостами. Хосты обычно являются собственностью клиентов, в то время, как коммуникационной подсетью чаще всего владеет и управляет телефонная компания или поставщик услуг Интернета. Задачей подсети является передача сообщений от хоста к хосту, подобно тому, как телефонная система переносит слова от говорящего к слушающему. Таким образом, коммуникативный аспект сети (подсеть) отделен от прикладного аспекта (хостов), что значительно упрощает структуру сети.

Архитектура (Типы) компьютерных сетей

Архитектура сети определяет основные элементы сети, характеризует ее общую логическую организацию, техническое обеспечение, программное обеспечение, описывает методы кодирования. Архитектура также определяет принципы функционирования и интерфейс пользователя.

По своему типу ЛВС делятся на:

      одноранговые (peer - to - peer);

      с выделенным сервером (многоранговые).

Одноранговые сети являются наиболее простыми и предназначены для небольших рабочих групп. С их помощью пользователи нескольких компьютеров могут использовать общие диски, принтеры и другие устройства, передавать друг другу сообщения и выполнять другие коллективные операции.

В одноранговой сети все компьютеры равноправны. Каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные сделать общедоступными по сети.

Одноранговые сети называют также рабочими группами. Рабочая группа – небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях бывает обычно не более 10 компьютеров.

Компьютеры одноранговой сети являются компьютерами одинакового типа и работают под управлением одной операционной системы. Иногда одноранговую сеть называют сетью равноправных компьютеров. В этом случае любой компьютер ЛВС может выполнять одновременно функции сервера, т.е. предоставлять ресурсы совместного доступа и функции клиента ЛВС - получать доступ к ресурсам других компьютеров ЛВС. Таким образом, функции управления сетью передаются от одной станции к другой.

Одноранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных компьютеров.

Чтобы установить одноранговую сеть не требуется дополнительного программного обеспечения. Например, в ОС семейства Windows встроена поддержка одноранговой сети.

Основные характеристики одноранговых сетей:

1.      Администрирование. Системный администратор, как правило, не выделяется, и каждый пользователь сам администрирует свой компьютер.

2.      Наличие разделяемых ресурсов.

3.      Требования к серверу. В одноранговой сети каждый пользователь должен большую часть своих вычислительных ресурсов предоставлять локальному пользователю и подключать дополнительные вычислительные ресурсы для поддержки доступа к ресурсам удалённого пользователя (обращающегося к серверу по сети).

4.      Уровень защиты. Централизованно управлять защитой в одноранговой сети очень сложно, т. к. каждый пользователь устанавливает её сам, и ресурсы могут находиться на разных компьютерах.

5.      Подготовка пользователя. Поскольку в одноранговой сети каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер, пользователи должны обладать достаточно высоким уровнем подготовки.

Целесообразность применения:

      количество пользователей не превышает 10 человек;

      пользователи расположены компактно;

      вопросы защиты данных не критичны;

      в обозримом будущем не ожидается значительного расширения сети.

В многоранговых ЛВС для хранения разделяемых данных и программ, использования ресурсов совместного доступа используются выделенные компьютеры - серверы.

Сервер - некоторое обслуживающее устройство, которое в ЛВС выполняет роль управляющего центра и концентратора данных. Под сервером понимается комбинация аппаратных и программных средств, которая служит для управления сетевыми ресурсами общего доступа. Выделенный сервер – сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции).

Для управления сетью, обеспечения необходимой производительности дисков, надежности системы и защиты информации от несанкционированного доступа на серверах многоранговых сетей применяют специальное системное ПО - сетевая операционная система (Windows Server, Unix и др.).

Преимущества сетей на основе сервера.

1.      Администрирование и управление доступом к данным осуществляется централизованно.

2.      Разделяемые ресурсы, как правило, также расположены централизованно, что облегчает их поиск и поддержку.

3.      Требования к серверу высокие, так как он во многом определяет эффективность работы сети.

4.      Защита. Проблемами безопасности занимается один администратор. Он формирует политику безопасности и применяет её в отношении каждого пользователя сети.

5.      Подготовка пользователей не критична (при хорошем администрировании).

Кроме этого при использовании сетей на основе сервера легче организовывать резервное копирование данных. Поскольку информация хранится централизованно, нетрудно обеспечить её резервное копирование. Так как компьютер пользователя не выполняет функций сервера, требования к его характеристикам зависят от потребностей самого пользователя. Сети на основе сервера способны поддерживать тысячи пользователей.

Комбинированные сети.

Существуют комбинированные типы сети, совмещающие преимущества обеих типов сетей. В таких сетях могут функционировать оба типа операционных систем (ОС). ОС для сетей на основе сервера, например Windows Server отвечают за совместное использование основных приложений и данных. На компьютерах-клиентах могут выполняться Windows XP, которые будут управлять доступом к ресурсам выделенного сервера и в то же время предоставлять в совместное пользование свои жёсткие диски, а по мере необходимости разрешить доступ к своим данным.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

Лекция 1 Общие положения.docx

Лекция 1 Общие положения.docx
Размер: 33.2 Кб

.

Пожаловаться на материал

Развитие компьютерной техники значительное время шло в русле роста производительности одной мощной ЭВМ, обслуживающей нескольких пользователей. Это время было временем развития широко функциональных многотерминальных систем.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Право государственной и муниципальной собственности. Понятие, субъекты, объекты, содержание, защита

Вещно-правовые способы защиты права собственности. Основания вендикационного иска. Муниципальное имущество. Собственность муниципальных образований

Закон донецкой народной республики «О дорожном движении»

Педагогика

Педагогическое обучение детей. Образовательные программы для детей. Педагогический процесс. Развитие детей дошкольного возраста. Продуктивная деятельность детей.

Теория государства и права. Часть 2

Основные свойства внимания

Общая характеристика процессов памяти. Основными компонентами памяти виды ассоциаций Процесс запоминания Эффект Б.В. Зейгарник

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok