Компьютерные сети. И основные задачи компьютерных сетей

Содержание:

Введение

На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов ком­пьютеров и бо­лее 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. 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 и прочего) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из лю­бой точки земного шара, а так же об­мен информацией между компьютерами разных фирм производителей, ра­бо­тающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе вычислитель­ная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информацион­ный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разра­ботке и не применять их на практике.

Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организа­ции ИВС (информационно-вычислительной сети) на базе уже существующего компьютер­ного парка и программного комплекса отвечаю­щего современным научно-техническим требованиям с учетом возрастаю­щих потребностей и возможностью дальнейшего посте­пенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

Компьютерные сети

1. Основные сведения

Локальная сеть представляет собой набор компьютеров, периферийных устройств (принтеров и т. п.) и коммутационных устройств, соединенных кабелями. В качестве кабеля используются «толстый» коаксиальный кабель, «тонкий» коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель. «Толстый» кабель, в основном, используется на участках большой протяженности при требованиях высокой пропускной способности. Волоконно-оптический кабель позволяет создавать протяженные участки без ретрансляторов при недостижимой с помощью других кабелей скорости и надежности. Однако стоимость кабельной сети на его основе высока, и поэтому он не нашел пока широкого распространения в локальных сетях. В основном локальные компьютерные сети создаются на базе «тонкого» кабеля или витой пары.

Первоначально сети создавались по принципу "тонкого" Ethernet. В основе его несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, соединенные последовательно коаксиальным кабелем, причем все сетевые адаптеры выдают свой сигнал на него одновременно. Недостатки этого принципа выявились позже.

С ростом размеров сетей параллельная работа многих компьютеров на одну единую шину стала практически невозможной: очень велики стали взаимные влияния друг на друга. Случайные выходы из строя коаксиального кабеля (например, внутренний обрыв жилы) надолго выводили всю сеть из строя. А определить место обрыва или возникновения программной неисправности, "заткнувшей" сеть, становилось практически невозможно.

Поэтому дальнейшее развитие компьютерных сетей происходит на принципах структурирования. В этом случае каждая сеть складывается из набора взаимосвязанных участков структур.

Каждая отдельная структура представляет собой несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, каждый из которых соединен отдельным проводом витой парой с коммутатором. При необходимости развития к сети просто добавляют новую структуру.

При построении сети по принципу витой пары можно проложить больше кабелей, чем установлено в настоящий момент компьютеров. Кабель проводится не только на каждое рабочее место, независимо от того, нужен он сегодня его владельцу или нет, но даже и туда, где сегодня рабочего места нет, но возможно появление в будущем. Переезд или подключение нового пользователя в итоге потребует лишь изменения коммутации на одной или нескольких панелях.

Структурированная система несколько дороже традиционной сети за счет значительной избыточности при проектировании. Но зато она обеспечивает возможность эксплуатации в течение многих лет.

Для сетей, построенных по этому принципу, появляется необходимость в специальном электронном оборудовании. Одно из таких устройств хаб является коммутационным элементом сети. Каждый хаб имеет от 8 до 30 разъемов (портов) для подключения либо компьютера, либо другого хаба. К каждому порту подключается только одно устройство. При подключении компьютера к хабу оказывается, что часть электроники сетевого интерфейса находится в компьютере, а часть в хабе. Такое подключение позволяет повысить надежность соединения. В обычных ситуациях, помимо усиления сигнала, хаб восстанавливает преамбулу пакета, устраняет шумовые помехи и т. д.

Хабы являются сердцем системы и во многом определяют ее функциональность и возможности. Даже в самых простых хабах существует индикация состояния портов. Это позволяет немедленно диагностировать проблемы, вызванные плохими контактами в разъемах, повреждением проводов и т.п. Существенным свойством такой структурированной сети является ее высокая помехоустойчивость: при нарушении связи между двумя ее элементами, остальные продолжают сохранять работоспособность. Задача соединения компьютерных сетей различных организаций, зачастую созданных на основе различных стандартов, вызвала появление специального оборудования (мостов, маршрутизаторов, концентраторов и т. п.), осуществляющего такое взаимодействие.

2. Локальная сеть

Подавляющая часть компьютеров западного мира объединена в ту или иную сеть. Опыт эксплуатации сетей показывает, что около 80% всей пересылаемой по сети информации замыкается в рамках одного офиса. Поэтому особое внимание разработчиков стали привлекать так называемые локальные вычислительные сети (LAN). Локальные вычислительные сети отличаются от других сетей тем, что они обычно ограничены умеренной географической областью (одна комната, одно здание, один район).

Существует два типа компьютерных сетей: одноранговые сети и сети с выделенным сервером. Одноранговые сети не предусматривают выделение специальных компьютеров, организующих работу сети. Каждый пользователь, подключаясь к сети, выделяет в сеть какие-либо ресурсы (дисковое пространство, принтеры) и подключается к ресурсам, предоставленным в сеть другими пользователями. Такие сети просты в установке, налаживании; они существенно дешевле сетей с выделенным сервером. В свою очередь сети с выделенным сервером, несмотря на сложность настройки и относительную дороговизну, позволяют осуществлять централизованное управление.

3. Глобальные сети

Для подключения к удаленным компьютерным сетям используются телефонные линии.

Процесс передачи данных по телефонным линиям должен происходить в форме электрических колебаний - аналога звукового сигнала, в то время как в компьютере информация хранится в виде кодов. Для того чтобы передать информацию от компьютера через телефонную линию, коды должны быть преобразованы в электрические колебания. Этот процесс носит название модуляции. Для того чтобы адресат смог прочитать на своем компьютере то, что ему отправлено, электрические колебания должны быть обратно превращены в машинные коды - демодуляция. Устройство, которое осуществляет преобразование данных из цифровой формы, в которой они хранятся в компьютере в аналоговую (электрические колебания), в которой они могут быть преданы по телефонной линии, и обратно называется модем (сокращенно от МОдулятор-ДЕМодулятор). Компьютер в этом случае должен иметь специальную телекоммуникационную программу, которая управляет модемом, а также отправляет и получает последовательности сигналов передаваемой информации.

4. Международная сеть INTERNET

Одна из первых версий INTERNET была разработана в семидесятых годах Департаментом Обороны США, чтобы дать возможность исследовательским институтам, работавшим над особо важными для обороны в то время проблемами, обмениваться информацией. К тому же предполагалось, что этот способ связи позволит сохранить обмен информацией между ними в случае такой мировой катастрофы, как ядерная война. В то время сеть носила название ARPAnet - по имени организации финансировавшей эти разработки. Основная операционная система была Unix. В 80-х годах, когда персональные компьютеры начали получать все более широкое распространение в США, появились сети, связавшие между собой исследовательские центры университетов. Соединив сети, университеты получили возможность общаться между собой, подобно оборонным институтам в семидесятых годах. Однако эта новая связь имела дополнительное качество: пользователь университетской сети, находясь дома или в школе, подключаясь к сети, получал также доступ к любому месту, к которому эта сеть была подсоединена. Такая связь получила название "межсеть" (internet), и, таким образом, появилась сеть INTERNET, которую назвали основной сетью, межсетью или сетью сетей.

Каждый пользователь INTERNET имеет свой сетевой адрес. Существует компания (в штате Вирджиния), которая следит за INTERNET адресами с тем, чтобы среди пользователей не появилось два одинаковых адреса.

Постановка задачи компьютерной сети

На этапе объединения сложилась ситуация когда:

1. В объединении имеется большое количество компьютеров работаю­щих отдельно от всех остальных компьютеров и не имеющих возможность гибко обмениваться с другими компьютерами информацией.

2. Невозможно создание общедоступной базы данных, накопление информации при сущест­вующих объемах и различных методах обработки и хранения ин­формации.

3. Существующие ЛВС объединяют в себе небольшое количество ком­пьютеров и работают только над конкретными и узкими задачами.

4. Накопленное программное и информационное обеспечение не исполь­зуется в полном объеме и не имеет общего стандарта хранения.

5. При имеющейся возможности подключения к глобальным вычисли­тельным сетям типа Internet необходимо осуществить подключение к ин­формационному каналу не одной группы пользователей, а всех пользовате­лей с помощью объединения в группы.

Анализ методов решения задачи

Для решения данной проблемы предложено создать единую инфор­мационную сеть (ЕИС). ЕИС должна выполнять следующие функции:

1. Создание единого информационного пространства, которое способно охватить и применять для всех пользователей информацию созданную в разное время и под разными типами хранения и обработки данных, распа­раллеливание и контроль выполне­ния работ и обработки данных по ним.

2. Повышение достоверности информации и надежности ее хранения пу­тем создания устойчивой к сбоям и потери информации вычислительной системы, а так же создание архивов данных которые можно использовать, но на текущий момент необходимости в них нет.

3. Обеспечения эффективной системы накопления, хранения и поиска технологической, технико-экономической и финансово-экономической ин­формации по текущей работе и проделанной некоторое время назад ( ин­формация архива) с помощью создания глобальной базы данных.

4. Обработка документов и построения на базе этого действующей сис­темы анализа, прогнозирования и оценки обстановки с целью принятия оп­тимального решения и выработки глобальных отчетов.

5. Обеспечивать прозрачный доступ к информации авторизованному пользователю в соответствии с его правами и привилегиями.

Что такое ЛВС? Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к еди­ному каналу передачи данных. Благодаря вычислительным сетям мы полу­чили возможность одновременного использо­вания программ и баз данных несколькими пользователями.

Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Lokal Area Network) относится к географически ограниченным ( территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых не­сколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому со­единению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

В производственной практики ЛВС играют очень большую роль. По­средством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, распо­ложенные на многих удален­ных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объеди­няются в единую систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

Разделение ресурсов.

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, на­пример, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные пе­чатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

Разделение данных.

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управле­ния базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в инфор­мации.

Разделение программных средств.

Разделение программных средств предоставляет возможность одно­временного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

Разделение ресурсов процессора.

При разделение ресурсов процессора возможно использование вы­числительных мощностей для обработки данных другими системами, вхо­дящими в сеть. Предоставляе­мая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не “набрасываются” мо­ментально, а только лишь че­рез специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

Многопользовательский режим.

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то те­кущая вы­полняемая работа отодвигается на задний план.

Все ЛВС работают в одном стандарте принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).

Возможности компьютерных сетей

1. Локальные сети

В настоящее время локальные вычислительные сети (ЛВС) получили очень широкое распространение.

Они обеспечивают:

1. объединение компьютеров в сеть позволяет значительно экономить денежные средства за счет уменьшения затрат на содержание компьютеров (достаточно иметь определенное дисковое пространство на файл-сервере (главном компьютере сети) с установленными на нем программными продуктами, используемыми несколькими рабочими станциями);

2. локальные сети позволяют использовать почтовый ящик для передачи сообщений на другие компьютеры, что позволяет в наиболее короткий срок передавать документы с одного компьютера на другой;

3. локальные сети, при наличии специального программного обеспечения (ПО), служат для организации совместного использования файлов (к примеру, бухгалтеры на нескольких машинах могут обрабатывать проводки одной и той же бухгалтерской книги).

Кроме всего прочего, в некоторых сферах деятельности просто невозможно обойтись без ЛВС. К таким сферам относятся: банковское дело, складские операции крупных компаний, электронные архивы библиотек и др. В этих сферах каждая отдельно взятая рабочая станция в принципе не может хранить всей информации (в основном, по причине слишком большого ее объема). Сеть позволяет избранным (зарегистрированным на файл-сервере) пользователям получать доступ к той информации, к которой их допускает оператор сети.

2. Глобальные сети

Существует 7 основных путей использования INTERNET:

1. Электронная почта. Программы Outlook Express, GOPHER, Netscape Messenger, обеспечивающие отдельные функции INTERNET, называются "клиентами". Они удобны в использовании и предоставляют дружественный интерфейс для пользователей INTERNET. Системы WWW, FTP требуют знания операционной системы UNIX.

Отправка и получение писем остается пока наиболее популярным видом использования INTERNET. Существует система LISTSERV, позволяющая создавать группы пользователей с общей групповой адресацией. Таким образом, письмо, направленное на групповой адрес, будет получено всеми членами группы. Например, существует LISTSERV Netterain, объединяющий группу специалистов, обучающих пользованию INTERNET. Они объединились для того, чтобы обменяться идеями или задать вопросы своим коллегам, чтобы дать знать, что с ними можно связаться по электронной почте. В случае если известно, что конкретное лицо или компания имеют адрес в INTERNET, но сам адрес не известен, существуют способы узнать его с помощью системы NETFIND.

2. Отправка и получение файлов. FTP – один из самых распространенных протоколов передачи файлов по INTERNET. В начале это была терминальная программа с командной строкой, то сейчас многие FTP- клиенты могут похвалиться удобным интерфейсом и кучей дополнительных возможностей таких как:

• Поддержка докачки

• Поддержка ННТР

• Список очередей

3. Чтение и посылка текстов. USENET – это сеть информационных серверов. В Usenet порядка 200.000 конференций (это каталог, куда стекаются сообщения на определенную тему), практически на любую тему отведена своя собственная группа. Сервера постоянно обмениваются между собой информацией, в результате происходит естественно обновление новостей.

4. Поиск информации (browsing - беспорядочное чтение). Пользователь ищет информацию в INTERNET либо с какой-либо целью, либо просто осматривается вокруг, чтобы знать, что есть в наличии. Море информации представлено в INTERNET, так что можно потратить огромное количество времени, просто переходя c одного сайта на другой и определяя, какая информация имеется в наличии. Эффект взрыва произвело появление таких средств управления поиском информации как GOPHER и WWW. GOPHER использует систему меню, чтобы позволить пользователям осуществлять выбор информации. WWW использует метафору web - паутина, т.к. эта система позволяет свободно перемещаться внутри системы, построенной на основе гипертекста (НТТР).

5. Удаленное управление. Эта возможность очень полезна, когда при выполнении некоторой работы на маленьком компьютере, требуются ресурсы больших систем. Существуют несколько различных типов удаленного исполнения. Некоторые из них работают на основе команд, подаваемых шаг за шагом. Таким образом, запрос заключается в том, чтобы некоторая специфическая команда или их последовательность были выполнены на некотором компьютере. Более развитые версии будут сами выбирать систему и компьютер, которые будут к тому моменту свободными. Существует также удаленный вызов процедуры, который позволяет программе запускать подпрограмму на другом компьютере и затем использовать результат ее работы.

6. Возможность разговарить с многими людьми с помощью IRC. IRC (Internet relay chat)- это связка крупных сетей (Efnet, Dalnet, Undernet и др.), в каждой из которых сотни chat’ов и десятки тысяч пользователей. Официальный отсчет истории IRC ведется с 1988 года. Именно тогда финский студент Джако, некоторое время, поговорив на многолинейных BBS’ках, задался целью создать нечто похожее, но более глобального масштаба. Тогда и появилась первая сетка IRC – Efnet.

7. Игры через INTERNET. Ни для кого уже не секрет, что игры занимают значительную часть жизни других людей. Играть можно против компьютера (интересно, но не очень), против одного противника (человека) с помощью модема и можно играть против многих противников с помощью локальных сетей или INTERNET. Сейчас существует много серверов, которые предназначены исключительно для игр таких как: Quake, Quake II, Team Fortress, Warcraft II, Starcraft и множество других. Для того чтобы качество игры было приемлемым необходимо обеспечить стабильную и высокоскоростную связь с INTERNET.

Заключение

Благодаря возникновению и развитию сетей передачи данных появился новый, высокоэффективный способ взаимодействия между людьми. Компьютерные сети стали проникать буквально во все области человеческой деятельности. При этом большинство сетей существуют независимо друг от друга, решая конкретные задачи для конкретных групп пользователей. В соответствии с этими задачами выбираются те или иные сетевые технологии и аппаратное обеспечение. Построить универсальную физическую сеть мирового масштаба из однотипной аппаратуры просто невозможно, поскольку такая сеть не может удовлетворять потребности всех ее потенциальных пользователей. Одним нужна высокоскоростная сеть для соединения машин в пределах здания, а другим - надежные коммуникации между компьютерами, разнесенными на сотни километров. Возникла идея объединить множество физических сетей в единую глобальную сеть, в которой использовались соединения на физическом уровне и новый набор специальных "соглашений" или протоколов. Эта технология получила название internet, она позволила компьютерам "общаться" друг с другом независимо от того, к какой сети и каким образом они подсоединены.

Сеть Internet - это одна из реализаций технологии internet, которая объединяет около 10 млн. компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов TCP/IP. Серия протоколов TCP/IP является ярким примером открытой системы в том смысле, что, в отличие от других протоколов, используемых в коммуникационных системах разных поставщиков, все спецификации этого стека протоколов и многие из его реализаций общедоступны. Что позволяет любому разработчику создавать свое программное обеспечение, необходимое для взаимодействия по Internet.

Список использованной литературы

1. Э.А. Якубайтис, «Информатика-электроника-сети». М., «Финансы и статистика», 1989

2. Ю. Шафрин, «Основы компьютерной технологии». М., АБФ, 1997

3. А.М. Кенин, Н.С. Печенкина, «IBM PC для пользователей или как научится работать на компьютере». Екатеринбург, «АРД ЛТД», 1997

4. Д.А. Богданова, «Информатика и образование», №№ 1-3, 1996

5. Д.Веттинг “ Nowell NetWare для пользователя”

6. С.И.Казаков “Основы сетевых технологий”