Компьютерные сети 1 пара

1.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ
Раздел 1. Общие сведения о
компьютерной сети

2.

ПОНЯТИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ (КОМПЬЮТЕРНАЯ
СЕТЬ, СЕТЕВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ, АВТОНОМНАЯ
СРЕДА, НАЗНАЧЕНИЕ СЕТИ, РЕСУРСЫ СЕТИ,
ИНТЕРАКТИВНАЯ СВЯЗЬ, ИНТЕРНЕТ)
КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ ПО
СТЕПЕНИ ТЕРРИТОРИАЛЬНОЙ РАСПРЕДЕЛЁННОСТИ:
ЛОКАЛЬНЫЕ, ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ, СЕТИ МАСШТАБА
ГОРОДА.
КЛАССИФИКАЦИЯ СЕТЕЙ ПО УРОВНЮ
АДМИНИСТРАТИВНОЙ ПОДДЕРЖКИ: ОДНОРАНГОВЫЕ
СЕТИ, СЕТИ НА ОСНОВЕ СЕРВЕРА.
КЛАССИФИКАЦИЯ СЕТЕЙ ПО ТОПОЛОГИИ.

3.

Современный этап развития средств вычислительной техники характеризуется переходом к широкому использованию новой технологии обработки
данных — распределенной обработке информационных потоков при объединении в общую сеть территориально удаленных пользователей. Создание
компьютерных сетей позволило осуществить интеграцию индустрии обработки данных, коллективно использовать вычислительные и программные средства, расширить виды услуг пользователю, создать
распределенные базы данных, однако следует иметь
в виду, что переход к компьютерным сетям сопряжен
с необходимостью освоения специалистами по вычислительной технике и программированию сложной
системной идеологии построения и функционирования сетей ЭВМ.

4.

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ
КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
История возникновения сетей ЭВМ позволяет глубже понять сущность предмета
и оценить тенденции и перспективы развития данного направления. Компьютерные
сети унаследовали много полезных свойств от других, более старших поколений
информационных систем. Результатом влияния компьютерных сетей на остальные
типы систем стал процесс их конвергенции.
Основными этапами на пути создания сетей ЭВМ являются:
•разработка системы пакетной обработки (1950—1960-е гг.);
•создание многотерминальных систем (1960—1970-е гг.);
•появление первых глобальных сетей (конец 1960-х гг.);
•возникновение первых локальных сетей (1970-е гг.);
•сближение локальных и глобальных сетей (1990-е гг. — настоящее время).
Компьютерные сети стали логическим результатом взаимодействия компьютерных
и телекоммуникационных технологий.

5.

ПОНЯТИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ
Компьютерная сеть — система компьютеров, объединенных каналами передачи данных.
Главное назначение компьютерной сети — обеспечение эффективного
предоставления различных информационно-вычислительных услуг
пользователям сети посредством организации удобного и надежного
доступа к ресурсам, распределенным в этой сети.

6.

ОСНОВНЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ
КАЧЕСТВА СЕТИ ЯВЛЯЮТСЯ:
• полнота выполняемых функций;
• производительность (среднее количество запросов пользователей сети, исполняемых в единицу времени);
• пропускная способность (количество данных, переданных через сеть за единицу времени);
• надежность сети (среднее время наработки на отказ);
• достоверность информации;
• безопасность информации в сети (способность сети обеспечить защиту информации от несанкционированного доступа);
• прозрачность сети (невидимость особенностей внутренней архитектуры сети для пользователя);
• масштабируемость (возможность расширения сети без заметного снижения ее производительности);
• универсальность сети (возможность подключения к сети разнообразного технического оборудования
и программного обеспечения от разных производителей).

7.

КЛАССИФИКАЦИЯ
КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
Компьютерные сети представляют собой сложную вычислительную систему. Для их классификации используется целый ряд признаков.
Признаки классификации компьютерных сетей:
• функциональное назначение сети;
• территориальная рассредоточенность сети;
• тип функционального взаимодействия;
• скорость передачи информации;
• тип среды передачи;
• метод передачи данных в сети;
• размещение информационных массивов в сети;
• тип используемых вычислительных средств;
• топология сети.

8.

По функциональному назначению сети подразделяются на информационные, вычислительные и информационно-вычислительные.
Информационные сети предоставляют пользователям в основном информационные услуги.
Вычислительные сети отличаются наличием в своем составе более
мощных вычислительных средств, запоминающих устройств повышенной емкости, возможностью оперативного перераспределения ресурсов
между задачами.
Самыми распространенными являются информационно-вычислительные сети.
По территориальной рассредоточенности сети ЭВМ подразделяются
на локальные (ЛВС — Local Area Network, LAN), региональные (РВС —
Metropolitan Area Network, MAN) и глобальные (ГВС — Wide Area
Network, WAN).

9.

Локальная сеть — сеть, абоненты которой находятся на незначительном (10…20 км)
расстоянии друг от друга.
Если локальная сеть имеет абонентов, расположенных в разных помещениях и использующих для связи инфраструктуру Интернета, ее принято называть Интранетом.
Региональная сеть — сеть, абоненты которой расположены в черте города, региона
(расстояние между абонентами составляют десятки—сотни километров).
Глобальная сеть — сеть, абоненты которой находятся на значительном расстоянии друг
от друга и часто располагаются в разных странах и на разных континентах.

10.

Объединение локальных, региональных и глобальных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии.
По типу функционального взаимодействия сети подразделяются на иерархические сети и
сети «клиент—сервер».
В иерархических сетях все задачи, связанные с хранением, обработкой данных, управлением обменом данными по сети и распределением ресурсов, выполняет центральный
компьютер, или мейнфрейм.
Сети «клиент—сервер» представляют собой сети, в которых задания и сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемых серверами, и заказчиками
услуг, называемых клиентами. Сети «клиент—сервер» делятся на сети с выделенным сервером и одноранговые сети. В одноранговых сетях все компьютеры равноправны.

11.

По скорости передачи информации сети можно разделить на низкоскоростные (до 10 Мбит/с), среднескоростные (до 100 Мбит/с) и высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).
По типу среды передачи информации сети подразделяются на проводные и беспроводные.
По методу передачи данных различают сети с коммутацией каналов, пакетов, сообщений и смешанной коммутацией.
По размещению основных информационных массивов сети подразделяются на сети с централизованным размещением информационных массивов и сети с локальным размещением информационных массивов.
По типу используемых вычислительных средств сети могут быть однородными (аппаратная и программная совместимость) и неоднородными.
По топологии (структура связей между компонентами сети) сети делятся на звездообразные, кольцевые, шинные, полносвязные, древовидные (иерархические) и гибридные.
Правильный выбор основных функциональных, аппаратных и программных компонентов сети, их топологической структуры существенно влияет на общую эффективность
функционирования компьютерной сети.

12.

ТОПОЛОГИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ
СЕТЕЙ
Проблема синтеза структуры (топологии) сети является одной
из важнейших и предполагает решение двух взаимосвязанных задач:
определения числа и местоположения узлов коммутации, а также построения структуры абонентской и межузловой сетей. В настоящее время общая теория синтеза сетей отсутствует и не существует универсальных рекомендаций, на основе которых с общих позиций могли бы
быть получены оптимальные решения. Поэтому для решения этих двух
задач используются только приближенные эвристические методы.
Топология (компоновка, конфигурация, структура) компьютерной сети — физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи.

13.

Важно отметить, что понятие топологии относится прежде всего к локальным сетям, в которых можно легко проследить структуру связей. В глобальных сетях
структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.
Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы,
возможности расширения сети.
Наиболее общей по своей структуре является полносвязная сеть, в которой каждый узел связан с каждым другим узлом канала связи (рис. 1.1, а). С увеличением
числа узлов такой сети число каналов быстро возрастает. Для увеличения числа узлов с n до n + 1 необходимо n новых каналов связи, так что расширение сети можно осуществить лишь ценой больших затрат. Однако время передачи сообщения
в такой сети оказывается минимальным. В случае выхода из строя какого-либо канала проходивший по нему поток информации может быть направлен по другим каналам в обход, а выход из строя какого-либо узла сети затрагивает только соединения с подключенными к нему оконечными установками (терминалами), т.е. надежность и живучесть такой сети максимальны.

14.

Рис. 1.1.Топологии сетей:
а — полносвязная; б —
звездообразная; в —
древовидная; г —
линейная; д —
кольцевая; е — шинная

15.

Другой основной топологией сетей является звездообразная сеть, в которой
все узлы сети соединены с одним центральным узлом (рис. 1.1, б), причем каждый из них использует отдельную линию связи. Подобная структура достаточно
экономична и удобна с точки зрения организации управления взаимодействием
абонентов.
В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное
устройство — концентратор, или, как его еще называют, хаб (hub), которое выполняет ту же функцию, что и репитер, т.е. восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их во все другие линии связи.
Звездообразную сеть гораздо проще расширить, чем полносвязную, поскольку
с добавлением каждого нового узла появляется только один новый канал связи.
Существенным недостатком звездообразной топологии является низкая надежность. При выходе из строя одного канала связи прерывается взаимодействие
с соответствующим сетевым узлом. При отказе центрального узла все узлы сети оказываются разъединенными между собой.

16.

Древовидные сети строятся на базе техники кабельного телевидения,
т.е. с использованием таких устройств связи, как оконечные частотные
ретрансляторы, расщепители-объединители, двунаправленные усилители, ответвители, радиочастотные модемы, фильтры и др. Возможности
по наращиванию древовидной сети весьма ограничены из-за высокой
стоимости ее установки и сложности аналоговых компонентов, которые
требуют, кроме того, регулярной настройки. Надежность древовидной
сети обеспечивается структурным резервированием ее связных устройств (рис. 1.1, в). Древовидная топология — топология сети, в которой может существовать только один маршрут, соединяющий два узла
в сети. Схема соединений по форме напоминает дерево.
В локальных сетях древовидную топологию строят в больших сетях
из нескольких «звезд».

17.

Сеть с линейной структурой (рис. 1.1, г), как и звездообразная сеть, содержит
лишь минимальное число каналов связи. Узлы такой сети связаны в цепочку
двухточечными соединениями. Выход из строя какого-либо канала связи приводит к разъединению сети на две отдельные части. Отказ сетевого узла приводит лишь к такому же разделению сети, а не к полному разъединению всех
узлов, как при отказе центрального узла в звездообразной сети.
Надежность и живучесть можно повысить в еще большей степени, если соединить между собой оконечные узлы линейной сети. В результате получается кольцевая сеть (рис. 1.1, д), топология которой характерна для построения
локальных сетей. В сети с кольцевой топологией узлы подключаются к повторителям сигналов, связанным в однонаправленное кольцо, или к двум повторителям, связанным в два разнонаправленных кольца.

18.

Можно выделить два основных типа кольцевых сетей, определяемых методом
доступа к среде передачи: маркерное и тактированное кольца.
Маркерное кольцо — в таких сетях по кольцу передается специальный управляющий маркер, разрешающий передачу сообщений из узла, который им
владеет. Если узел получил маркер и у него есть сообщение для передачи,
то он захватывает маркер и передает сообщение. Маркер будет передан
дальше по кольцу после того, как данный узел примет и поглотит свое собственное сообщение. При отсутствии в узле сообщений, подлежащих передаче,
он просто пропускает маркер.
Тактированное кольцо — по кольцевой сети непрерывно вращается замкнутая последовательность тактов — специально закодированных интервалов
фиксированной длины. В каждом такте имеется бит-указатель занятости. Свободные такты могут заполняться передаваемыми сообщениями по мере необходимости, либо за каждым узлом закрепляются определенные такты.

19.

С точки зрения надежности самым «слабым» местом в кольцевых сетях являются повторители. Отказ повторителя может либо вывести из строя всю сеть,
либо заблокировать доступ в сеть узла, подключенного к этому повторителю.
Расширяемость кольцевой сети достаточно высокая. Для простого подключения нового узла необходимо присвоить ему идентификатор, отличный
от идентификаторов других узлов сети, и включить в состав кольца новый повторитель.
При организации локальных сетей широкое применение находит также шинная
топология, по которой все узлы подключаются к одному каналу связи с помощью приемопередатчиков (рис. 1.1, е). Канал оканчивается с двух сторон
пассивными терминаторами, которые поглощают передаваемые сигналы, поскольку по своей природе передача в такой сети является широковещательной.
В большинстве реализаций физическая среда передачи шинной сети может
состоять из одной или нескольких секций кабеля, связанных специальными соединителями. В результате образуется так называемый сегмент кабеля.

20.

Поскольку один общий канал связи (шина) разделяется между всеми абонентами сети, такие сети называются многоканальными, и необходима некоторая
децентрализованная процедура (случайная или детерминированная), обеспечивающая его использование в каждый конкретный момент времени одним
абонентом, т.е. временное уплотнение канала.
Если кольцевые сети чувствительны к отказам типа разрыва канала связи,
то шинные сети чувствительны к заземлению канала связи или к подаче на него
избыточного по уровню сигнала (электрический разряд, случайное замыкание
на посторонние линии питания). В приемопередатчике шинной сети необходима некоторая электрическая (трансформаторная или оптическая) развязка
его абонентской и канальной частей.
Шинные сети имеют довольно ограниченные возможности по наращиванию изза затухания сигналов в канале.

21.

С целью удовлетворения тех или иных конкретных требований,
предъявляемых к сети, в некоторых случаях при ее построении сочетают различные структурные принципы. В результате получается объединенная (иерархическая) сеть (рис. 1.2). Данная сеть отличается четким
строением, если подразделить ее по иерархическому принципу. В иерархической сети различают разные уровни, например нижний уровень
иерархии, включающий звездообразные сети, и верхний уровень, на котором центральные узлы нижних уровней соединены между собой
в полносвязную сеть. Отличительной особенностью иерархической
сети является такая организация, при которой правила взаимодействия
между узлами одного уровня и между узлами разных уровней различны.
В случае выхода из строя отдельного узла не происходит разъединения
всех узлов сети, в то время как затраты существенно ниже, чем в случае чисто полносвязной сети.

22.

Рис. 1.2.Объединенная (иерархическая) сеть
Структура объединенной иерархической сети наиболее часто используется при создании автоматизированных систем управления различных уровней и позволяет организовать требуемые при этом
иерархические и горизонтальные связи между объектами распределенной системы.

23.

ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРА
КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ

24.

При детальном рассмотрении обобщенной структуры компьютерной сети можно выделить три основных класса модулей:
•модули содержательной обработки информации (обрабатывающие
модули), реализующие главную целевую функцию сети — обработку информации — и определяющие ресурсы, предоставляемые пользователю (вычисления, поиск, хранение, обработка);
•терминальные модули, обеспечивающие пользователю доступ к ресурсам обрабатывающих модулей;
•модули взаимодействия и соединения (коммуникационные модули),
обеспечивающие взаимодействие между обрабатывающими и терминальными модулями.

25.

Совокупность обрабатывающих, терминальных и коммуникационных
модулей позволяет сформировать функционально-логическую структуру
любой сети ЭВМ, удовлетворяющую основным требованиям открытости, гибкости и эффективности.
Открытость — возможность включения дополнительных модулей
(ЭВМ, терминалов, узлов и линий связи) без изменения технических
и программных средств существующих компонентов.
Гибкость — сохранение работоспособности при изменении структуры
в результате выхода из строя отдельных модулей, а также возможность
взаимодействия различных обрабатывающих и терминальных модулей.
Эффективность — требуемое качество обслуживания пользователей
при минимальных затратах.

26.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
Самостоятельное изучение:
Сетевое взаимодействие
Автономная среда
Ресурсы сети
Интерактивная связь
Интернет

27.

28.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Назовите предпосылки создания компьютерных сетей.
2.Перечислите этапы развития компьютерных сетей.
3.Что представляют собой системы пакетной обработки информации?
4.Что такое многотерминальные системы?
5.Дайте определение компьютерной сети.
6.Перечислите основные показатели качества сетей ЭВМ.
7.Приведите классификацию компьютерных сетей.
8.Дайте определение локальной вычислительной сети.
9.Охарактеризуйте глобальную вычислительную сеть.
10.Дайте определение региональной вычислительной сети.
11.Каковы особенности Интранета?
12.Что такое топология сети?
13.Назовите базовые топологии сетей ЭВМ и их особенности.
14.Как выглядит обобщенная структура сети?

29.

30.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗДАНИЯ
(ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ)
1. Новожилов Е.О. Компьютерные сети: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф.
Образования. - 2-е издание перераб. и доп. — М.: Издательский центр «Академия», 2017. —
224 с
2. Столлингс В. Передача данных. 4-е издание. СПб.: Питер, 2015 — 750 с.
3. Олифер В.Г., Олифер Н.А., Компьютерные сети. Принципы, технологии протоколы. – СПб.:
Питер, 2014 2. Максимов Н.В., Попов И.И. Компьютерные сети: учебное пособие. – М.:
ФОРУМ, 2010. — 464 с.
4. Пескова С.А., Кузин А.В., Волков А.Н. Сети и телекоммуникации. Учебное пособие, М, 2016
5. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия. СПб., 2019
6. Жаров А. TCP/IP иллюстрированный учебник. М, 2017
7.
ЭЛЕКЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС«КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ»