Вопрос 37 Компьютерные сети.
Назначение, классификация, характерные особенности. Основные топологии
компьютерных сетей их достоинства и недостатки. Способы коммутации и передачи
данных в компьютерных сетях. Сетевое программное обеспечение.
Компьютерные
сети (англ, network)
-это совокупность ПК, распределенных на некоторой территории и взаимосвязанных
для совместного использования ресурсов (данных, программ и аппаратных
компонентов).
Компьютерные
сети передачи данных являются результатом информационной революции и в будущем
смогут образовать основное средство коммуникации. Всемирная тенденция к
объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких, как
ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена
информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов,
E-mail писем, электронных конференций и т.д.) не отходя от рабочего места,
возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара,
а также обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей,
работающих под разным программным обеспечением.
Виды
компьютерных сетей
Существующие
сети принято в настоящее время делить в первую очередь по территориальному
признаку:
1. Локальные сети (LAN -
Locate Area Network). Такая сеть охватывает небольшую территорию с
расстоянием между отдельными компьютерами до 10 км. Обычно такая сеть действует
в пределах одного учреждения.
2. Глобальные сети (WAN - Wide Area
Network). Такая
сеть охватывает, как правило, большие территории (территорию страны или
нескольких стран). Компьютеры располагаются друг от друга на расстоянии
десятков тысяч километров.
3. Региональные
сети. Подобные сети существуют в пределах города, района. В настоящее время каждая
такая сеть является частью некоторой глобальной сети и особой спецификой по
отношению к глобальной сети не отличается.
Методы
передачи данных в компьютерных сетях
При
обмене данными между узлами сети используются три метода передачи данных:
· симплексная
(однонаправленная) передача (телевидение, радио);
· полудуплексная
(прием и передача информации осуществляются поочередно);
· дуплексная
(двунаправленная), каждая станция одновременно передает и принимает данные.
Топологии
вычислительных сетей
Конфигурация
сети, т.е. порядок соединения объектов сети, называют топологией сети. Базовыми
типами конфигурации сети являются «звезда», «кольцо» и «шина».
Топология типа «звезда»,Топология типа «кольцо»,Шинная топология,Древовидная структура сети
Сетевые
устройства и средства коммуникаций
Среда
передачи данных.
Когда данные готовятся к пересылке по сети, они преобразуются в электрический
сигнал. Эти сигналы генерируются в виде электромагнитных волн (аналоговый
сигнал) или в виде пульсаций напряжения (цифровой сигнал). Для пересылки с
одного компьютера на другой сигнал должен быть физически передан из одного
места в другое. Физический путь, по которому передается сигнал, и определяется
существующей средой передачи. Сигнал поступает в среду передачи с
компьютера-передатчика, передается по среде передачи и затем принимается
компьютером-приемником. В настоящее время существуют два типа среды передачи:
кабельная и беспроводная.
Устройства
приема/передачи данных
Сетевые
карты (Network Adapters). Сетевая карта - это устройство,
устанавливаемое в компьютер и предоставляющее ему возможность взаимодействия с
сетью.
Повторители
(Repeaters). Повторители
используются для увеличения расстояния, на которое может передаваться сигнал в
используемой среде передачи данных.
Концентраторы
и коммутаторы (Concentrators and Switches). Концентраторы (Hub) и
коммутаторы (Switch) предоставляют возможность физического соединения в единую
среду передачи всех кабелей, используемых для подключения сетевых карт компьютеров.
Отличие между этими двумя устройствами заключается в том, что во время передачи
пакета данных концентраторы отправляют их сразу на все компьютеры, что
значительно уменьшает пропускную способность канала. Коммутатор (свич) имеет
встроенную память, в которой хранится информация о том, к какому порту
подключен какой компьютер. Поэтому во время передачи пакета он отправляется на
определенный порт. Кроме того, Switch позволяет использовать в сети контроллеры
с разной скоростью передачи, при этом общая пропускная способность не будет
опускаться до уровня контроллера с минимальной скоростью.
Модемы
(Modems). Модемы
используются для преобразования цифровых сигналов (используемых компьютером) в
аналоговые (как правило, звуковых частот) и обратно - из аналоговых в цифровые.
Термин «модем» происходит от объединения двух терминов, описывающих процессы
преобразования сигнала из цифрового вида в аналоговый - «модуляция» и обратно -
«демодуляция». Преобразование в аналоговый сигнал позволяет передавать его по
аналоговым линиям передачи данных, например телефонным линиям.
Микроволновые
приемопередатчики (Microwave Transmitters). Микроволновые
приемопередатчики чаще называют приемопередатчиками спутниковой связи. Такие
средства связи предназначены для передачи данных на большие расстояния между
компьютерами, находящимися в различных географических регионах или странах.
Передатчик передает направленный поток микроволн в атмосферу, а приемник
принимает его и передает следующему в цепочке приемопередатчику или преобразует
полученный сигнал в другой вид для передачи по другой среде передачи данных.
Такие преобразования происходят до тех пор, пока сигнал не достигнет точки
назначения.
В
настоящее время спутниковая связь из-за дороговизны используется чаще всего для
передачи данных на большие расстояния.
Приемопередатчики
инфракрасного и лазерного излучения (Infrared and Laser Transmitters).
Приемопередатчики инфракрасного и лазерного излучения по принципам работы
похожи на микроволновые системы: они используют атмосферу в качестве среды
передачи данных. Но поскольку данные передаются в виде световых сигналов, а не
радиоволн, то для успешной передачи данных необходимо обеспечивать отсутствие
каких-либо помех на пути движения сигнала (передатчик и приемник должны
находиться в зоне прямой видимости друг друга). Поэтому приемопередатчики
инфракрасного и лазерного излучения используются для передачи сигналов на
короткие дистанции и там, где ограничена возможность использования кабелей
(например, при необходимости объединения нескольких филиалов, удаленных на
расстояние нескольких сотен метров или единиц километров друг от друга).
Поскольку инфракрасное и лазерное излучения лежат в области видимого спектра
излучения, то существенные помехи на пути движения сигнала могут оказывать
неблагоприятные погодные условия: дождь, туман, снег, смог и т.п. Одним из
наиболее популярных сегодня видов использования приемопередатчиков
инфракрасного излучения является подключение рабочих мест пользователей в
офисах и обеспечение взаимодействия между периферийными устройствами и
компьютером.
Программное
обеспечение связи
В
процессе обмена информацией между компьютерами ключевую роль играет программное
обеспечение связи. Программа, выполняющая предоставление соответствующего
набора сетевых услуг, рассматривается в качестве сервера, а программы,
пользующиеся этими услугами, принято называть клиентами. Программы имеют
распределенный характер, т.е. одна часть функций прикладной программы
реализуется в программе-клиенте, другая - в программе-сервере, а для их взаимодействия
определяется некоторый протокол. Для управления взаимодействием между
приложениями пользователя и ресурсами компьютера каждая рабочая станция в сети
должна иметь операционную систему.
Существует
множество различных операционных систем (ОС) пользователя, при использовании
которых приложения могут осуществлять доступ к файлам на локальных дисках,
изображать информацию на экране монитора, выполнять печать документов на
локальных принтерах и т.п. Эти операционные системы контролируют доступ приложений
к ресурсам компьютера, таким, как память, средства хранения данных, жесткие и
гибкие диски, и любым периферийным устройствам (принтерам, факсам, модемам и
т.д.). ОС пользователя также предоставляет базовые сетевые средства,
предоставляя возможность пользователям локальной сети обмениваться информацией
между компьютерами.
Основное
направление развития современных сетевых операционных систем (англ. Network
Operation System - NOS) - перенос вычислительных операций на рабочие станции,
создание систем с распределенной обработкой данных.В современных NOS применяют
три основных подхода к организации управления ресурсами сети.
Первый
подход -
это таблицы объектов (англ. Bindery).
Второй
подход используется
в LAN Server и Windows NT Server - структура доменов (англ. Domain). Все
ресурсы сети и пользователи объединены в группы. .
Третий
подход -
служба наименований директорий, или каталогов (англ. Directory Name Services -
DNS) лишен этих недостатков. Все ресурсы сети: сетевая печать, хранение данных,
пользователи, серверы и т.п. - рассматриваются как отдельные ветви или каталоги
информационной системы. В настоящее время наиболее распространенными сетевыми
операционными системами являются Novell NetWare 4.XX, Microsoft Windows 2000
Server и IBM LAN Server. В Windows XP созданы отличные возможности
использования локальной сети. Важной особенностью Windows XP является
возможность использовать одно общее подключение к Интернету для других
компьютеров локальной сети. При этом ваш компьютер будет защищен брандмауэром подключения
к Интернету.
ВОПРОС 38
В
сетях с небольшим (10-30) количеством компьютеров чаще всего используется одна
из типовых топологий - общая шина, кольцо, звезда или полносвязная сеть. Все
перечисленные топологии обладают свойством однородности, то есть все компьютеры
в такой сети имеют одинаковые права в отношении доступа к другим компьютерам
(за исключением центрального компьютера при соединении звезда). Такая
однородность структуры делает простой процедуру наращивания числа компьютеров,
облегчает обслуживание и эксплуатацию сети.
Однако
при построении больших сетей однородная структура связей превращается из
преимущества в недостаток. В таких сетях использование типовых структур
порождает различные ограничения, важнейшими из которых являются:
- ограничения
на длину связи между узлами;
- ограничения
на количество узлов в сети;
- ограничения
на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.
Функция нескольких переменных Одним из подходов к
исследованию функций двух
переменных является изучение поведения функции в точке, то есть определение
направлений, в которых функция убывает или возрастает, и определение скорости
возрастания или убывания(технология Ethernet )
Простейшее
из коммуникационных устройств - повторитель
(repeater) - используется
для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью
увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы, приходящие из одного
сегмента сети, в другие ее сегменты (рис. 1.14). Повторитель позволяет
преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества
передаваемого сигнала - восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов
и т. п.
Концентраторы
характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей - Ethernet,
ArcNet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, l00VG-AnyLAN.
Физическая
структуризация сети с помощью концентраторов полезна не только для увеличения
расстояния между узлами сети, но и для повышения ее надежности. Например, если
какой-либо компьютер сети Ethernet с физической общей шиной из-за сбоя начинает
непрерывно передавать данные по общему кабелю, то вся сеть выходит из строя, и
для решения этой проблемы остается только один выход - вручную отсоединить
сетевой адаптер этого компьютера от кабеля. В сети Ethernet, построенной с
использованием концентратора, эта проблема может быть решена автоматически -
концентратор отключает свой порт, если обнаруживает, что присоединенный к нему
узел слишком долго монопольно занимает сеть. Концентратор может блокировать
некорректно работающий узел и в других случаях, выполняя роль некоторого
управляющего узла.
Для
логической структуризации сети используются такие коммуникационные устройства,
как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.
Мост
(bridge) делит разделяемую среду передачи сети на части (часто называемые
логическими сегментами), передавая информацию из одного сегмента в другой
только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если
адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети.
Коммутатор
(switch, switching hub) по принципу обработки кадров ничем не
отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он
является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его
порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по
алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая
производительность коммутатора обычно намного выше
Крупные
сети практически никогда не строятся без логической структуризации. Для
отдельных сегментов и подсетей характерны типовые однородные топологии базовых
технологий, и для их объединения всегда используется оборудование,
обеспечивающее локализацию трафика, - мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и
шлюзы.
Вопрос 39
Технологии
локальных сетей
Наиболее популярная технология локальных
сетей – Ethernet
Сейчас Ethernet
вытеснил все технологии проводных локальных сетей
Альтернативные технологии-ЭТО TokengRing И FDDI
Token
Ring
Технология локальной сети на разделяемой
среде
Более сложный, чем в Ethernet метод доступа к разделяемой среде
Топология – кольцо
Скорость до 16 Мбит/с
Среда передачи – витая пара
FDDI
Fiber Distributed Data Interface
(FDDI, Волоконно-оптический интерфейс
передачи данных) – развитие технологии Token Ring
Первая технология локальных сетей, в
которой применялись оптические кабели
Скорость до 100 Мбит/с
Механизмы обеспечения надежности и
обнаружения проблем
Технологии локальных сетей.
Выводы
Token
Ring и FDDI используют
сложные методы доступа к разделяемой среде
Эффективность сети выше
Оборудование дороже
Ethernet
Простой способ доступа к разделяемой
среде
Технология коммутируемого Ethernet без разделяемой среды
Меньше функций, дешевле оборудование
Постоянное увеличение скорости
Результат – Ethernet
вытеснил все остальные технологии
Технологии глобальных сетей
Используются для объединения сетей
Преимущественная топология – соединения
точка-точка
Высокая протяженность каналов связи
Нет лидирующей технологии
X.25
Исторически первая технология глобальных
сетей
Предназначалась для объединения
локальных сетей по аналоговым каналам связи – телефонным линиям
Низкая скорость
Высокая вероятность ошибок
Сложный стек протоколов, рассчитанный на
обработку большого числа ошибок
Frame Relay
Появилась в конце 80-х
Работала на основе цифровых каналов
Скорость выше, чем у аналоговых
Ниже вероятность ошибки
Значительно проще, чем X.25
Обеспечивает гарантию пропускной
способности
Скорость до 2 Мбит/с
Технологии коммутации
Коммутация пакетов (IP)
Коммутация каналов (телефонная связь)
Frame
Relay использует технику виртуальных каналов:
Данные передаются в виде пакетов
Все пакеты идут по одному и тому же маршруту
– виртуальному каналу
Во Frame
Relay каналы должны быть сконфигурированы вручную до
начала передачи данных
Коммутация во Frame
Relay выполняется на основе меток
Каждый кадр, поступающий на коммутатор Frame Relay,
имеет метку
На основе этой метки коммутатор из
таблицы коммутации выбирает порт, на который передается кадр
При передаче меняется метка
Вопрос 40Семиуровневая
модель OSI, понятие протокола, передача сообщений в сети.
1. Строго определенная процедура и формат
сообщений, допустимые для коммуникаций между двумя или более системами через
общую среду передачи данных.
2. Формализованный набор правил,
используемый ПК для коммуникаций. Из-за сложности коммуникаций между системами
и необходимости соблюдения различных коммуникационных требований протоколы
разделяются на модульные уровни. Каждый уровень выполняет конкретную функцию
для расположенного выше уровня.
В настоящее время используется
достаточно большое количество сетевых протоколов, причем в рамках одной и той
же сети определяется сразу несколько из них. Стремление к максимальному
упорядочению и упрощению процессов разработки, модернизации и расширения сетей
определило необходимость введения стандартов, регламентирующих принципы и
процедуры организации взаимодействия абонентов компьютерных сетей. С этой
целью была разработана так называемая Эталонная
модель взаимодействия открытых систем, состоящая из семи уровней. (OSI, Open Systems Interconnection), разработанна международной организацией стандартизации (ISO,
International Standards Organization). Модель OSI напоминает разные "уровни" обычного почтового
адреса - от страны и штата (округа) до улицы, дома (места назначения) и фамилии
получателя. Для доставки информации соответствующему получателю устройства на
маршруте передачи используют разные уровни детализации. Каждый из уровней
представляет определенную группу функций, необходимых для работы компьютерной
сети.
| 
