Компьютерные сети

      Компьютерные сети,  называемые  также  вычислительными  сетями,  или сетями  передачи  данных,  являются  логическим  результатом  эволюции  двух важнейших   научно-технических   отраслей    современной    цивилизации    — компьютерных  и  телекоммуникационных  технологий.  С  одной  стороны,  сети представляют собой частный случай распределенных  вычислительных  систем,  в которых группа  компьютеров  согласованно  выполняет  набор  взаимосвязанных задач, обмениваясь  данными  в  автоматическом  режиме.  С  другой  стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации  на большие  расстояния,  для  чего  в  них  применяются  методы  кодирования  и мультиплексирования    данных,    получившие    развитие     в     различных телекоммуникационных системах.

   Компьютерная (вычислительная)  сеть  –  совокупность  компьютеров  и терминалов,  соединённых  с  помощью  каналов  связи   в   единую   систему, удовлетворяющую требованиям распределённой обработки данных.

      Основное  назначение  любой  компьютерной  сети   —   предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.

 

              4.1. Обобщенная структура компьютерной сети

    Компьютерные сети являются высшей формой  многомашинных  ассоциаций. Выделим   основные   отличия    компьютерной    сети    от    многомашинного вычислительного комплекса.

      Первое   отличие   —   размерность.    В    состав    многомашинного вычислительного   комплекса   входят   обычно   две,   максимум   три   ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная  сеть  может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии  друг  от друга от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров.

     Второе отличие — разделение функций между ЭВМ. Если в  многомашинном вычислительном  комплексе  функции  обработки  данных,  передачи  данных   и управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в  вычислительных сетях эти функции распределены между различными ЭВМ.

      Третье отличие — необходимость решения в сети  задачи  маршрутизации сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети  может  быть  передано  по различным маршрутам в зависимости от состояния  каналов  связи,  соединяющих ЭВМ друг с другом.

     Объединение  в  один  комплекс   средств   вычислительной   техники, аппаратуры  связи  и  каналов  передачи  данных  предъявляет   специфические требования со стороны каждого элемента  многомашинной  ассоциации,  а  также требует формирования специальной терминологии.

     Абоненты сети – объекты, генерирующие или потребляющие информацию  в сети. Ими могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ,  терминалы,  промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т.д. Любой абонент  сети подключается к станции.

     Станция – это аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приёмом информации.

      Совокупность  абонента и станции принято называть абонентской системой. Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая передающая среда.

     На базе физической передающей среды строится коммуникационная  сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентскими системами.

    Такой подход позволяет рассматривать любую  компьютерную  сеть  как совокупность  абонентских  систем  и   коммуникационной   сети.   Обобщенная структура компьютерной сети приведена на рис:

 

 

 

                                                   Обобщенная      структура

                                                   компьютерной сети.

 

 

                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  5. Классификация вычислительных  сетей

       В зависимости  от территориального расположения  абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса: глобальные сети (WAN — Wide Area Network); региональные сети (MAN — Metropolitan Area Network); локальные сети (LAN — Local Area Network).

     Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных  странах,   на   различных   континентах.   Взаимодействие   между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных  линий  связи, радиосвязи  и  систем  спутниковой  связи.  Глобальные  вычислительные  сети позволят  решить  проблему   объединения   информационных   ресурсов   всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.

     Региональная вычислительная сеть связывает абонентов,  расположенных на значительном расстоянии друг  от  друга.  Она  может  включать  абонентов внутри большого города, экономического  региона,  отдельной  страны.  Обычно расстояние между  абонентами  региональной  вычислительной  сети  составляет десятки — сотни километров.

      Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных  в пределах небольшой  территории.  В  настоящее  время  не  существует  четких ограничений на территориальный разброс  абонентов  локальной  вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту.  К  классу локальных вычислительных сетей относятся сети  отдельных  предприятий,  фирм,  банков, офисов и т.д. Протяженность такой сети можно ограничить пределами  2  -  2,5 км.

       Объединение  глобальных,  региональных  и  локальных  вычислительных сетей позволяет создавать много сетевые иерархии.  Они  обеспечивают  мощные, экономически  целесообразные  средства  обработки  огромных   информационных массивов и доступ к неограниченным  информационным  ресурсам.  На  рис.  6.4

приведена  одна  из  возможных  иерархий  вычислительных  сетей.   Локальные вычислительные сети могут  входить  как  компоненты  в  состав  региональной сети,  региональные  сети  —  объединяться  в  составе  глобальной  сети  и, наконец, глобальные сети могут также образовывать сложные структуры.

 

                            Иерархия компьютерных сетей

       Компьютерная  сеть Internet является наиболее  популярной  глобальной сетью. В ее состав  входит  множество свободно  соединенных  сетей. Внутри каждой сети, входящей в Internet, существуют конкретная  структура  связи  и определенная дисциплина  управления.  Внутри  Internet  структура  и  методы соединений между различными сетями для  конкретного  пользователя  не  имеют никакого значения.

      Персональные  компьютеры,  ставшие  в  настоящее  время  непременным элементом любой системы  управления,  привели  к  буму  в  области  создания локальных вычислительных сетей. Это, в свою очередь,  вызвало  необходимость в разработке новых информационных технологий.

     Практика применения персональных компьютеров  в  различных  отраслях науки, техники и производства  показала,  что  наибольшую  эффективность  от внедрения вычислительной техники обеспечивают не отдельные автономные ПК,  а локальные вычислительные сети.

6. Глобальные сети

      А вот потребность в соединении компьютеров, находящихся  на  большом расстоянии друг от друга, к этому времени вполне  назрела.  Началось  все  с решения более простой задачи — доступа к компьютеру с терминалов,  удаленных от него на многие сотни, а то и тысячи километров. 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.  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. На основе этого  механизма  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  сети (Wide  Area  Networks,  WAN),  то  есть  сети,  объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно  находящиеся  в  различных  городах  и странах. Именно 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.

     Глобальные компьютерные сети очень многое  унаследовали  от  других, гораздо более старых  и  распространенных  глобальных  сетей  —  телефонных. Главным результатом создания первых глобальных компьютерных сетей был  отказ от принципа коммутации каналов, на протяжении многих  десятков  лет  успешно использовавшегося в телефонных сетях.

     Выделяемый на все время сеанса связи составной  канал  с  постоянной скоростью   не   мог   эффективно   использоваться   пульсирующим   трафиком компьютерных данных, у которого периоды  интенсивного  обмена  чередуются  с продолжительными   паузами.   Натурные   эксперименты    и    математическое моделирование  показали,  что  пульсирующий  и  в  значительной  степени  не чувствительный  к  задержкам   компьютерный   трафик   гораздо   эффективней передается сетями, использующими принцип коммутации  пакетов,  когда  данные разделяются  на  небольшие  порции  —  пакеты,  —   которые   самостоятельно перемещаются по сети за счет встраивания адреса конечного узла  в  заголовок пакета.

  6.1 Интернет

     Интернет (перевести  этот  термин  можно  как  «всемирная  сеть»)  — сравнительно молодая  технология.  Ее  предшественницей  была  военная  сеть Министерства обороны США ARPANet, начавшая  функционировать  в  начале  70-х годов.

     Хотя  технология,  применявшаяся  в  ARPANet,  и  послужила  основой Интернет, она не  обеспечивала  главного  достоинства  Интернет  —  всеобщей доступности. Этот недостаток  исправила  появившаяся  в  начале  80-х  годов компьютерная сеть Национального Научного Фонда США NSFNet.  NSFNet  состояла из нескольких суперкомпьютеров, соединенных  между  собой  высокоскоростными линиями связи.  Каждый  пользователь  (поначалу  ими  были  научные  центры) подключался к  ближайшему  из  этих  компьютеров  и  таким  образом  получал полноценный доступ ко всем ресурсам сети.

     Сети, подобные NSFNet, были созданы и  в  других  странах.  Все  они быстро развивались и в конце 80-х были соединены между собой. Так  в  начале 90-х годов и появилась знакомая теперь всем глобальная сеть Интернет.

      Если говорить о России, то развитие Интернет началось в середине 90- х и в настоящий момент оно идет довольно быстрыми темпами. И в России, и  во всем  остальном  мире  Интернет  является  одной   из   наиболее   динамично развивающихся  отраслей  промышленности  (да,  именно   промышленности!)   и привлекает пристальное внимание инвесторов, крупных и мелких фирм.

Структура Internet.

     Интернет  —  динамично  развивающаяся  структура,  не  принадлежащая никакому частному лицу или фирме. Ее использованием и  дальнейшим  развитием занимаются  тысячи  различных  организаций.  Тем   не   менее   в   Интернет поддерживается определенный порядок, и сеть  развивается  в  соответствии  с определенными правилами.

     Интернет представляет собой глобальную компьютерную сеть. Само её название означает «между сетей». Это сеть, соединяющая отдельные сети.

    Логическая структура Интернет представляет собой некое виртуальное объединение, имеющее своё собственное информационное пространства.

    Интернет обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входят в сети, подключённые к ней. Тип компьютера и используемая им операционная система не имеют. Соединение сетей обладает громадными возможностями. С собственного компьютера любой абонент internet может передавать сообщения в другой город, просматривать каталог библиотеки конгресса в Вашингтоне, знакомиться с картинками на последней выставке в музее Метрополитен в Нью-Йорке, участвовать в конференции IEEE и даже в играх с абонентами сети из разных стран. Internet предоставляет в распоряжение своих пользователей множество всевозможных ресурсов.

    Основные ячейки internet – локальные вычислительные сети. Это означает, что internet не просто устанавливает связь между отдельными компьютерами, а создаёт пути соединения для более крупных единиц – групп компьютеров. Если некоторая локальная сеть непосредственно  подключена к internet, то каждая рабочая станция этой сети также может подключаться к internet. Существуют также компьютеры, самостоятельно подключённые к internet. Они называются хост-компьютерами (host-хозяин). Каждый подключённый к сети компьютер имеет свой адрес, по которому его может найти абонент из любой точки света.

     Схема подключения локальной сети к internet приведена на рисунке:

      [pic]

     

 

 

 

 

 

 

 

 

Подключение локальной сети к internet

      Важной  особенностью internet является то, что она, объединяя различные сети, не создаёт при этом никакой иерархии – все компьютеры, подключённые к сети, равноправны. Для иллюстраций возможностей структуры некоторого участка сети internet приведена схема соединения различных сетей. (6.26)

 

 

 

    

 

 

[pic]

      Подключение  различных сетей к internet.

 

                              7. Локальные сети

       Локальные  сети  (Local  Area  Networks,  LAN)  —  это   объединение компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории, обычно  в  радиусе  не более 1-2 км, хотя в отдельных случаях локальная сеть может  иметь  и  более протяженные размеры, например  в  несколько  десятков  километров.  В  общем случае  локальная  сеть   представляет   собой   коммуникационную   систему, принадлежащую одной организации.

     На  первых  порах  для  соединения   компьютеров   друг   с   другом использовались нестандартные программно-аппаратные  средства.  Разнообразные устройства сопряжения, использующие свой  собственный  способ  представления данных на линиях связи, свои типы кабелей и т. п.,  могли  соединять  только те конкретные модели компьютеров, для которых  были  разработаны,  например, мини-компьютеры PDP-11 с  мэйнфреймом  IBM  360  или  компьютеры  «Наири»  с компьютерами «Днепр». Такая ситуация создала большой простор для  творчества студентов — названия многих курсовых и дипломных проектов  начинались  тогда со слов «Устройство сопряжения...».