65883

Загальні принципи побудови обчислювальних мереж: еволюція обчислювальних систем; структурна організація комп’ютерної мережі; основні апаратні та програмні компоненти мереж

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Мета: Вивчити еволюцію обчислювальних систем: системи пакетної обробки багато термінальні системиперші глобальні та локальні мережі поява стандартних технологій побудови мереж сучасні тенденції; Структурну організацію комп’ютерної мережі: масштаби середовища та режими передачі даних...

Украинкский

2014-08-09

139 KB

2 чел.

PAGE   \* MERGEFORMAT4

ЛЕКЦІЯ №1

Тема: Вступ. Загальні принципи побудови обчислювальних мереж: еволюція обчислювальних систем; структурна організація комп’ютерної мережі;основні апаратні та програмні компоненти мереж.

Мета: Вивчити еволюцію обчислювальних систем: системи пакетної обробки, багато термінальні системи,перші глобальні та локальні мережі, поява стандартних технологій побудови мереж, сучасні  тенденції; Структурну організацію комп’ютерної мережі: масштаби, середовища та режими передачі даних, способи комутації, організацію віртуальних каналів; Основні апаратні та програмні компоненти мереж; Основні проблеми побудови мереж. Навчитися застосовувати набуті знання для здійснення професійної діяльності при розробці, налагодженні та експлуатації обчислювальної мережі.

ПЛАН

1. Архітектура комп'ютерних мереж

2. Класифікація комп'ютерних мереж

3. Структурна організація комп'ютерної мережі

4. Середовища передачі даних

  1.  Архітектура комп'ютерних мереж

Комп'ютерна (обчислювальна) мережу або мережу передачі даних являє собою деяку сукупність вузлів (комп'ютерів, робочих станцій або інших пристроїв), з'єднаних комунікаційними каналами, а також набір обладнання, що забезпечує з'єднання станцій і передачу між ними інформації.

Сьогодні існує величезна різноманітність комп'ютерних мереж самих різних призначень, побудованих на основі різних комп'ютерних і комунікаційних технологій та визначених використанням тієї чи іншої мережевої архітектури.

Мережева архітектура - це сукупність мережевих апаратних і програмних рішень, методів доступу та протоколів обміну інформацією.

  1.  Класифікація комп'ютерних мереж

Різноманіття комп'ютерних мереж можна класифікувати по ряду ознак. За технологією передачі даних мережі діляться на два типи: віщання (або один-до багатьох) і з'єднання точка-точка. У разі мовлення повідомлення, відправлене одним комп'ютером, отримують всі комп'ютери мережі. З'єднання точка-точка на увазі використання індивідуального каналу зв'язку для обмінюються інформацією комп'ютерів.

За принципом організації обміну даними між абонентами розрізняють мережі, засновані на комутації:

• каналів;

• повідомлень;

• пакетів.

Під комутацією розуміється технологія вибору напрямку та організації передачі даних в мережах, що мають кілька альтернативних маршрутів, за якими може здійснюватися обмін інформацією між двома вузлами.

Передані при цьому по мережі інформаційні потоки називаються мережевим трафіком (від англ. Traffic - рух).

При комутації каналів утворюється безпосереднє з'єднання двох вузлів за допомогою організації послідовності фізичних каналів зв'язку.

Мережа з комутацією каналів - тип комунікаційної мережі, в якій кожній парі абонентів протягом сеансу їх інформаційної взаємодії надається фізичне з'єднання.

При цьому на час, протягом якого здійснюється сеанс зв'язку між двома абонентами, канал зв'язку стає недоступним для використання іншими абонентами.

Комутація повідомлень увазі передачу між абонентами інформації у вигляді логічно завершених порцій даних, наприклад телеграм, листів або звітів.

При цьому мережа з комутацією повідомлень працює аналогічно мережі з комутацією каналів, але фізичні канали зв'язку займаються не на період усього сеансу зв'язку, а тільки на період передачі повідомлення.

Мережі з комутацією повідомлень з'явилися прообразом для створення мереж з комутацією пакетів і в даний час практично не використовуються.

Комутація пакетів - технологія доставки повідомлень, при якій дані, розбиті на окремі блоки малих розмірів, звані пакетами, можуть пересилатися з вихідного пункту в пункт призначення по різних маршрутах. Пакети можуть різними маршрутами досягати свого місця призначення, в якому після прибуття пакетів здійснюється складання вихідних даних.

Мережа з комутацією пакетів - комунікаційна мережа, що складається із сполучених один з одним магістральними каналами вузлів комутації, в якій дані передаються у вигляді пакетів, з проміжним зберіганням цих пакетів на вузлах комутації. В силу малих розмірів пересилаються пакетів фізичні канали зв'язку виявляються зайнятими протягом мінімальних інтервалів часу, що дозволяє практично завжди забезпечити передачу даних між будь-якими вузлами мережі без тривалих затримок, викликаних необхідністю чекати, коли ж, нарешті, звільниться потрібного каналу зв'язку.

За територіальної поширеності мережі можуть бути: локальні, кампусні, міські, глобальні. Локальна мережа або локальна обчислювальна мережа (Local Area Network - LAN) - це мережа ЕОМ, що включає в себе комп'ютери, розташовані в межах одного приміщення, будівлі або невеликій території, що дозволяє обмінюватися даними і спільно використовувати різні пристрої (принтери, сканери і т. п .).

Кампусна мережу - (від англ. Campus - університет, територія університету) мережа, що охоплює територію університету або студентського містечка. У Росії аналогом кампусних мережі можна розглядати домову мережу, що об'єднує кілька сусідніх будинків.

Міська мережа (Metropolitan Area Network - MAN) об'єднує комп'ютери на території міського району чи всього міста цілком.

Глобальна мережа (Wide Area Network - WAN) - сукупність мереж, що об'єднують територіально розосереджені комп'ютери, що знаходяться в різних містах і країнах.

Крім того, мережі можуть відрізнятися за топології. Топологія мережі може бути повнозв'язна, комірчаста, кільцева, зірка, дерево, загальна шина і змішана. За швидкістю передачі даних мережі діляться на:

• низькошвидкісні (до 10 Мбіт / с);

• середньошвидкісні (до 100 Мбіт / с);

• високошвидкісні (понад 100 Мбіт / с).

За типом середовища передачі даних мережі поділяються на провідні (коаксіальні, на кручений парі, оптоволоконні) і бездротові (радіопередача, супутникові канали).

За принципом організації ієрархії комп'ютерів мережі бувають однорангові і з виділеним сервером.

Сервер (від англ. Server - службовець, служитель) - це якийсь об'єкт, що надає іншим об'єктам, зазвичай званим клієнтами, деякі послуги.

У комп'ютерних мережах сервером зазвичай називають комп'ютер або програму, яка надає клієнтам доступ по мережі до своїх служб і ресурсів з метою обміну інформацією. Комп'ютер або програма, що обмінюються з сервером інформацією і використовують надані їм служби та ресурси, називаються клієнтом.

В однорангових мережах всі комп'ютери мають однакові, рівні права (ранги). У мережах з виділеним сервером розрізняють дві архітектури використання сервера:

• файл-сервер - дані і програми по вимозі користувача пересилаються з сервера йому на комп'ютер, що є клієнтом, де можуть бути виконані і оброблені;

• клієнт-сервер - виконання програм і обробка даних відбуваються на сервері за запитом користувача, комп'ютер-клієнт якого отримує тільки результати запиту.

  1.  Структурна організація комп'ютерної мережі

Організація мережі та її структура безпосередньо залежать від використовуваних комп'ютерів і відстаней між ними. Найбільш очевидні відмінності в організації мереж різних масштабів. Прийнято розрізняти мережі:

- Локальні (кімната, будівля, комплекс будівель),

- Міські (район міста, місто),

- Регіональні (область, країна, континент),

- Глобальні (планета).

Для мереж різних масштабів властиві різні способи організації. Причин тому кілька, серед них на першому місці стоїть якість лінії передачі даних, обумовлене обмеженістю швидкості передачі сигналу, ставленням сигнал / шум і т.д. В результаті зі збільшенням масштабу мережі діапазон використовуваних швидкостей передачі зміщується вниз. Крім того, у випадку, наприклад, локальних мереж, запас швидкості передачі даних дозволяє використовувати такі варіанти організації та режимів роботи мережі, які навряд чи могли б застосовуватися в глобальних мережах. Так, з двох основних режимів передачі даних - мовного і "точка-точка", перший широко використовується в локальних мережах, а другий - в глобальних.

  1.  Середовища передачі даних

Передача даних може відбуватися по кабелю (в цьому випадку говорять про обмежену або кабельної середовища передачі) і за допомогою електромагнітних хвиль тієї чи іншої природи - інфрачервоних, мікрохвиль, радіохвиль, що поширюються в просторі (необмежена середу передачі, бездротові мережі).

У більшості випадків кабельні середовища зручніше, надійніше і вигідніше необмежених. Як правило, кабель і супутнє мережеве обладнання коштує набагато дешевше обладнання для бездротових мереж, а швидкість передачі даних але кабелю вище. Тим не менш, в деяких випадках прокладка кабелю або технічно ускладнена (наприклад, водні перешкоди), або економічно невиправдана (вартість прокладки кабелю висока, а велика швидкість передачі не потрібно), або стикається з організаційними чи іншими проблемами (наприклад, необхідно прокласти траншею через жваву магістраль в центрі міста, на що дуже складно отримати згоду міської влади). Крім того, може з'явитися необхідність підключення до мережі користувачів, за родом діяльності часто міняють місцезнаходження (наприклад, комірники на великому складі). У всіх подібних (і багатьох інших) випадках можуть використовуватися бездротові мережі.

Кабельні середовища по використовуваному матеріалу поділяються на "мідні" (справді, які проводять жили таких кабелів можуть містити не тільки мідь, але й інші метали та їх сплави) і оптичні (оптоволоконні, що проводить жила виготовляється з оптично прозорих матеріалів - кварцу або полімерів) . Мідні кабелі бувають симетричними (всі провідники однакові, наприклад, вита пара провідників) і асиметричними (наприклад, коаксіальний кабель, що складається з ізольованих один від одного центральної жили і обплетення). Оптичні кабелі розрізняються за співвідношенням між товщиною провідної жили і частотою передачі даних. Тонкі жили, діаметр перетину якої порівняємо з довжиною хвилі несучої частоти, утворюють одномодові кабелі (типова товщина 8-10 мкм), а більш товсті - багатомодові (до 50-60 мкм).

При побудові бездротових мереж, як правило, застосовується одна з трьох технологій: передача в інфрачервоному діапазоні, передача даних за допомогою вузькосмугових радіосигналів і передача даних за допомогою радіосигналів з розподіленим спектром.

Середовище передачі даних - лінії (або канали) зв'язку, за якими комп'ютери можуть обмінюватися інформацією.

У разі якщо топологія мережі не є повно, різні вузли змушені використовувати для передачі своїх даних одні і ті ж лінії зв'язку. Вузли А і Б використовують загальний канал для передачі повідомлень вузлу В, т. е. середу передачі даних використовується декількома пристроями або вузлами мережі. В цьому випадку середу називається розділяється.

Підключення комп'ютера до поділюваного середовища здійснюється за допомогою мережного адаптера.

Залежно від використовуваного середовища передачі даних лінії зв'язку поділяються на:

• дротяні;

• кабельні;

• бездротові.

Провідні лінії зв'язку будуються з використанням телефонних або телеграфних проводів. Така середу має низькими показниками швидкості передачі даних і перешкодозахищеності, тому при побудові мережі за наявності можливості воліють використовувати кабель або радіодіапазон.

Проте на сьогоднішній момент існують швидко розвиваються технології, що дозволяють в якості ліній зв'язку

Рис. 1.1. Використання одного каналу зв'язку декількома вузлами

використовувати електричні дроти. Привабливими такі технології робить можливість використання вже прокладених проводів. За цими проводам здійснюється енергопостачання будинків, квартир, офісів, підприємств і т. д., а може паралельно здійснюватися і інформаційний обмін.

Кабельні лінії будуються на основі спеціальних кабелів, що представляють собою провідники, укладені в кілька шарів ізоляції.

Промисловістю випускається велика кількість видів кабелю, але для побудови комп'ютерних мереж застосовується три основних типи:

• високочастотні коаксіальні кабелі з мідною жилою;

• кабелі на основі кручених пар мідних провідників;

• оптоволоконні (або волоконно-оптичні) кабелі.

Для кабелів характерні наступні параметри:

• смуга пропускання - частотний діапазон сигналів, що пропускаються кабелем;

• затримка розповсюдження сигналу;

• перешкодозахищеність кабелю - ступінь захищеності кабелю від впливу перешкод і наведень, що виникають як у зовнішньому середовищі, так і на внутрішніх провідниках самого кабелю;

• згасання - ступінь втрати потужності сигналу на виході лінії зв'язку по відношенню до потужності на вході цієї лінії.

• хвильовий опір (для електричних кабелів) - повне опір, який зустрічає електромагнітна хвиля певної частоти при поширенні уздовж однорідної ланцюга.

Коаксіальний кабель являє собою центральний мідний провідник, укладений у металеву оплетку (екран) і відокремлений від неї діелектриком. При цьому металева оплетка зазвичай покривається зовнішньої ізолюючої оболонкою (рис. 1.2).

Металева оплетка в коаксіальному кабелі грає двояку роль: служить для передачі інформації, а також захищає внутрішню жилу кабелю від перешкод, що викликаються сторонніми електромагнітними полями, тобто екранує її.

Найбільш часто коаксіальний кабель застосовується в мережах з топологією типу «загальна шина».

Рис. 1.2 – «Товстий» (а) і «тонкий» (б) коаксіальний кабель:

1 – центральний провідник; 2 – екранована обгортка; 3 – ізолююча обгортка

Для побудови мереж застосовують «товстий» і «тонкий» коаксіальний кабель.

«Товстий» коаксіальний кабель (RG-8, RG-11) має хвильовий опір 50 Ом, діаметр центрального мідного дроту 2,17 мм і зовнішній діаметр близько 10 мм.

«Тонкий» коаксіальний кабель (RG-58) має таке ж, як у «товстого» коаксіалу, хвильовий опір 50 Ом, діаметр внутрішнього провідника становить 0,89 мм і зовнішній діаметр близько 5 мм.

Кабель на основі кручених пар являє собою кілька пар, скручених попарно мідних ізольованих провідників, укладених в загальну діелектричну оболонку.

Такий кабель може бути екранованим (Shielded Twisted Pair - STP) і неекранованим (Unshielded Twisted Pair - UTP). У разі екранованого кабелю кожна кручена пара поміщається в металеву оплетку. Екранування кручений пари сприяє збільшенню перешкодозахищеності лінії зв'язку, а також поліпшенню захисту від «прослуховування».

Кабель на неекранованої кручений парі в даний час є основним середовищем передачі даних для неоптичні технологій.

В залежності від характеристик кабелі на кручених парах поділяють на п'ять категорій:

Кабелі категорії 1 (UTP I) застосовують там, де вимоги до швидкості передачі мінімальні. Зазвичай це кабелі для передачі голосу і низькошвидкісної передачі даних. До 1983 р. кабель категорії 1 був основним кабелем для телефонної розводки в США.

Кабелі категорії 2 (UTP 2) розроблені фірмою IBM для застосування у власних кабельних системах. Головна їхня відмінність від кабелю категорії 1 - це смуга пропускання 1 МГц.

Кабелі категорії 3 (UTP 3) мають смугу пропускання 16 МГц. Використовувалися як для передачі даних, так і для передачі голосу, тому в даний час кабельні системи багатьох будівель побудовані на кабелі третьої категорії.

Кабелі категорії 4 (UTP 4) представляють собою поліпшений варіант кабелю категорії 3 - смуга пропускання 20 МГц, підвищена перешкодостійкість і низькі втрати. На практиці застосовувався рідко, в основному там, де було необхідно збільшити довжину сегмента мережі.

Кабелі категорії 5 (UTP 5) спеціально розроблені для підтримки високошвидкісних технологій. Смуга пропускання кабелю категорії 5-100 МГц. Кабель категорії 5 в даний час замінив кабель категорії 3, і все нові технології локальних мереж орієнтуються саме на нього.

Особливе місце займають кабелі категорій 6 і 7, які випускаються порівняно недавно і мають смугу пропускання 200 і 600 МГц відповідно. Кабелі категорії 7 обов'язково екрануються; категорії 6 можуть бути як екранованими, так і немає. Вони використовуються у високошвидкісних мережах на відрізках більшої довжини, ніж кабелі п'ятої категорії. Ці кабелі значно дорожче і за вартістю наближаються до волоконно-оптичних кабелів. Крім того, вони поки не уніфіковані і їх характеристики визначаються тільки фірмовими стандартами.

Оптоволоконний кабель складається з одного або декількох оптичних волокон (світловодів), зроблених з кварцового скла і ув'язнених в загальну захисну оболонку. При необхідності кабель може містити елементи, що підвищують характеристики міцності кабелю.

Кожен світловод складається зі скляної серцевини (центрального провідника), що володіє високим показником заломлення, і скляної оболонки, що володіє низьким показником заломлення світла. За рахунок цього промені світла поширюються

Рис 1.3 Типи оптоволоконних кабелів

А - багатомодове волокно зі ступінчастим зміною показника заломлення;

Б - багатомодове волокно з плавним зміною показника заломлення;

В - одномодове волокно;

1 – мода; 2 – мода; 3 – скляна оболонка; 4 – серцевина.

по серцевині, послідовно відбиваючись від внутрішньої межі скляної оболонки.

В залежності від характеру поширення світла оптоволоконний кабель ділиться на (рис. 1.3):

• одномодове волокно;

• багатомодове волокно зі східчастим зміною показника заломлення;

• багатомодове волокно з плавним зміною показника заломлення.

Мода променя - це кут відбиття променя в серцевині.

В одномодових кабелях застосовуються серцевини з дуже малим діаметром - 8-9 мкм, що порівняно з довжиною хвилі світла, тому в такому кабелі можливе існування лише однієї моди.

На ринку поширений одномодовий кабель 9/125 мкм. У цьому позначенні 9 мкм відповідає діаметру серцевини оптоволокна, а 125 мкм - діаметру скляної оболонки.

Виробництво скляного волокна настільки малого діаметра є складним технологічним процесом, що робить одномодовий кабель досить дорогим. Однак його характеристики, по порівняно з дешевшими багатомодовими кабелями, істотно вище, що дозволяє використовувати його при передачі даних на великі відстані.

В баготомодовом оптоволокні використовуються більш широкі сердечники, що робить їх дешевше, ніж одномодовий кабель. Найбільш поширені багатомодові кабелі 50/125 мкм і 62,5 / 125 мкм. В серцевині такого діаметру світло може поширюватися по різних шляхах, відбиваючись під різними кутами - існує більше однієї моди променя.

Безліч мод призводить до дисперсії імпульсу передачі, інтерференції променів, що в результаті призводить до погіршення характеристик кабелю. Тому багатомодові кабелі використовуються в основному при передачі даних на невеликі відстані (до 2000 м) на швидкостях не більше 1 Гбіт / с.

При передачі по оптоволоконним кабелях у якості джерела світла використовуються напівпровідникові лазери або світло-діоди. Довжина хвилі випромінюваного ними світла звичайно дорівнює 850, 1300 або 1550 нм, що відповідає певним «вікнам прозорості» самого волокна.

Бездротові лінії зв'язку використовують для передачі даних радіохвилі або інфрачервоне випромінювання. Канали зв'язку будуються за допомогою передавача і приймача відповідних радіохвиль, а відрізняються використовуваним частотним діапазоном і дальністю, на яку можлива передача.

Контрольні питання

  1.  Які були перші локальні системи.
    1.  Яких категорій існує оптоволоконний кабель?
    2.  Що уявляють в собі розподілені програми?
    3.  Які існують способи комутацій?
    4.  Які існують проблеми побудови мереж?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67333. Процессы управления конфигурацией программных средств 249.5 KB
  Цель управления конфигурацией при разработке и сопровождении сложных программных средств и систем состоящих из многих компонентов единиц конфигурации каждый из которых может иметь разновидности или версии обеспечить управляемое и контролируемое развитие их структуры состава компонентов...
67334. Вимоги та методи захисту від НСД 48.2 KB
  З точки зору споживачів інформація, що використовується, має деяку якість, тому при її використанні з’являється можливість отримати певний економічний, моральний тощо ефекти. Наприклад, збереження інформації у таємниці та з забезпеченням її цілісності...
67335. СОЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА 48.5 KB
  Социальная система это упорядоченное целое nредставляющее собой совокупность отдельных социальных элементов индивидов гpyпп оpганизаций институтов. Общество может само рассматриваться как система состоящая из множества подсистем а каждая подсистема в свою очередь сама являет собой систему на своем уровне и имеет свои подсистемы.
67336. СОЦИАЛЬНАЯ СТРУКТУРА 63.5 KB
  Термин структура от лат. Поэтому определение социальной структуры отражающее это понимание общества может быть таким: социальная структура это пpинявшее повторяющиеся и устойчивые фоpмы переплетение взаимоотношений и взаимосвязей между элементами общества.
67337. СОЦИАЛЬНАЯ ВЛАСТЬ 55 KB
  Мы уже говорили выше, что социальный феномен власти He исчерпывается государственной или политической властью. Отношения власти, считал М. Вебер, составляют одно из измерений социальной стратификации и потому пронизывают все общество сверху донизу. Они предусмотрены институциональной структурой общества, которая иерархична...
67338. СОЦИАЛЬНЫЙ КОНФЛИКТ 71 KB
  Существование конфликта предполагает что его участники обладают автономией и в то же время взаимозависимы поскольку находятся в едином социальном поле. На экспериментальном уровне этот вид социального конфликта успешно исследовали М. В конфликтах такого рода доминирует чувство групповой...
67339. СОЦИАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ 118.5 KB
  Но все же они происходят и история любого общества это история именно таких изменений. В более узком смысле под социальным изменением понимается изменение социальной структуры общества. Спенсеру считавшему что биологические организмы и человеческие общества подчиняются одному и тому же...
67340. СОЦИАЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ 66.5 KB
  Жизнь людей в обществе всегда порождала социальные движения но в XIX ХХ вв. Все социальные движения хотя и обусловлены совершенно разными социальными процессами имеют единый механизм перегруппируя и мобилизуя индивидов с целью сориентировать их на изменение существующих социальных...