84764

Общие принципы организации сетей. Основные понятия и определения

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Средства вычислительной техники (СВТ) реализуют обработку данных и представляют собой совокупность ЭВМ, вычислительных комплексов и вычислительных систем различных классов. ЭВМ (электронная вычислительная машина, компьютер) совокупность технических средств, предназначенных для организации ввода...

Русский

2015-03-21

672.2 KB

3 чел.

Лекция 1

1. Общие принципы организации сетей

1.1. Основные понятия и определения

Сеть ЭВМ (рис. 1.1) - совокупность средств вычислительной техники (СВТ), представляющих собой множество ЭВМ, объединённых с помощью средств телекоммуникаций (СТК).

Сеть ЭВМ реализует две основные функции:

Рис. 1.1

• обработку данных;

• передачу данных.

Средства вычислительной техники (СВТ) реализуют обработку данных и представляют собой совокупность ЭВМ, вычислительных комплексов и вычислительных систем различных классов.

ЭВМ (электронная вычислительная машина, компьютер) совокупность технических средств, предназначенных для организации ввода, хранения, автоматической обработки по заданной программе и вывода данных (информации) .

К техническим средствам относятся (рис.1.2):

• центральный процессор (ЦП);

• оперативная (основная) память (ОП);

• внешние устройства (ВУ), включающие устройства ввода-вывода (УВВ) и внешние запоминающие устройства (ВЗУ);

• процессоры (каналы) ввода-вывода (ПВВ, КВВ).

Рис. 1.2

Вычислительный комплекс (ВК) - совокупность технических средств, содержащая несколько центральных процессоров и представляющая собой одну ЭВМ с несколькими ЦП (МПВК - многопроцессорный ВК) или объединение нескольких однопроцессорных ЭВМ (ММВК многомашинный ВК) (рис. 1.3).

Рис. 1.3

Основной целью построения ВК является обеспечение высокой надежности и/или производительности, не достижимой для однопроцессорных ЭВМ.

Вычислительная система (ВС) - совокупность технических и программных средств, ориентированных на решение определенной совокупности задач.

К программным средствам относятся:

• системное программное обеспечение, представляющее собой совокупность стандартных программных средств, обеспечивающих функционирование ВС и включающих операционную систему (ОС), основными составляющими которой для организации эффективного функционирования ВС, являются управляющие программы (УП), а также трансляторы с алгоритмических языков и библиотеки математических и служебных программ;

• прикладное программное обеспечение в виде множества прикладных программ (ПП), обеспечивающих ориентацию ВС на решение задач конкретной области применения.

Средства телекоммуникаций (СТК) реализуют передачу данных и образуют телекоммуникационную сеть (сеть связи, сеть передачи данных), состоящую из узлов связи (УС), объединенных каналами связи (КС) для передачи данных (рис. 1.4).

Рис. 1.4

Способ объединения УС и КС определяет топологию (конфигурацию) телекоммуникационной сети.

Канал связи (КС) включает в себя линию связи (ЛС) и каналообразующее оборудование.

Линия связи (ЛС) представляет собой физическую среду передачи, по которой передаются сигналы, вместе с аппаратурой передачи данных (АПД), формирующей сигналы, соответствующие типу ЛС (рис.1.5).

Рис. 1.5

Аппаратура передачи данных (АПД) осуществляет преобразование сигналов в соответствии с типом среды передачи (линии связи). К АПД относятся различного типа модемы (модуляторы-демодуляторы), используемые в телефонных и высокочастотных КС: телефонные, кабельные, радиомодемы, xDSL-модемы, адаптеры и т.д.

Каналообразующее оборудование (КО) предназначено для формирования канала передачи данных между двумя взаимодействующими абонентами, при этом в одной и той же линии связи одновременно может быть сформировано несколько каналов за счет использования различных методов уплотнения.

Технология уплотнения и формирования многоканальных систем передачи данных в компьютерных сетях называется мультиплексированием и реализуется мультиплексорами и демультиплексорами. Обычно каналообразующее оборудование входит в состав узлов телекоммуникационной сети.

Основными функциями узлов связи являются:

• маршрутизация, заключающаяся в выборе направления передачи (маршрута) данных;

• коммутация, заключающаяся в установлении физического или логического соединения между входными и выходными портами узла;

• мультиплексирование, заключающееся в объединении нескольких входящих в узел потоков данных в один выходящий из узла поток;

• демультиплексирование, заключающееся в разделении одного входящего в узел потока данных на несколько выходящих из узла потоков.

В качестве узлов связи в вычислительных сетях используются специализированные сетевые устройства: концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

В качестве оконечного оборудования данных (ООД) (рис.1.5) могут выступать компьютеры и сетевое оборудование (мосты, коммутаторы, маршрутизаторы), находящееся в узлах сети.

Концептуально компьютерную сеть можно представить как совокупность взаимосвязанных узлов (рис. 1.6).

Рис. 1.6

Узел сети - совокупность средств, объединенных каналами связи и реализующих функции:

• выбора направления и организации передачи данных (средства коммутации и маршрутизации); такие узлы называются узлами связи (узлами коммутации, узлами передачи данных);

• обработки данных (средства обработки данных); такие узлы называются узлами (центрами) обработки данных.

В качестве узлов связи могут использоваться коммутаторы и маршрутизаторы, а в качестве узлов обработки данных - компьютеры, предоставляющие свои информационные и вычислительные ресурсы пользователям сети и называемые хост-машинами или просто хостами (host).

В сети Intemet термин "хост-машина" трактуется более широко: хост-машиной называется любой пользовательский компьютер, подключенный к сети.

Совокупность средств коммуникаций (связи) для передачи данных, состоящая из каналов связи и узлов связи, образует сеть связи, называемую также телекоммуникационной сетью или сетью передачи данных (СПД). Следует иметь в виду, что понятие «сеть передачи данных» имеет более узкий смысл по сравнению с понятием «сеть связи». СПД предназначена для передачи компьютерных (цифровых) данных, в то время как в сети связи (или, что то же самое, телекоммуникационной сети) могут передаваться как цифровые (дискретные), так и непрерывные (аналоговые) данные, к которым относятся мультимедийные данные - речь, аудио и видео.

Два узла, связанные каналом связи, образуют звено передачи данных.

Данные в компьютерной сети передаются в виде сообщений. Сообщение представляет собой единицу данных, передаваемую между пользователями сети как единое целое и имеющую определённый смысл. В качестве сообщений могут выступать программные файлы, электронные письма, неподвижные изображения, видеофильмы и т.п. Сообщение представляется в определённом формате, содержащем в общем случае заголовок и концевик. В заголовке указывается адрес получателя данного сообщения и адрес отправителя, а также дополнительная служебная информация (тип и длина сообщения, приоритет и т.д.), необходимая для эффективной передачи сообщения в сети. Концевик обычно содержит контрольную сумму, используемую для обнаружения ошибок, которые могут появиться при передаче сообщения по сети.

Сообщение при передаче через телекоммуникационную сеть может быть разбито на несколько блоков данных, каждый из которых представляется в формате, аналогичном сообщению. Такой блок данных отличается от сообщения тем, что имеет ограниченную длину, в то время как длина сообщения в принципе не ограничена. Так, например, сообщение, представляющее собой видеофильм длиной в несколько гигабайт, при передаче через телекоммуникационную сеть может быть разбито на множество блоков данных, длина которых не будет превышать 1000 байт, причём каждый такой блок данных будет иметь заголовок с одинаковыми адресами отправителя и получателя.

1.2 Классификация сетей ЭВМ

Классификация сетей ЭВМ (компьютерных сетей), как любых больших и сложных систем, может быть выполнена на основе различных признаков, в качестве которых могут быть использованы (рис. 1.7):

• размер (территориальный охват) сети;

• принадлежность;

• назначение;

• область применения.

1. По размеру (территориальному охвату) сети ЭВМ делятся на:

Рис. 1.7

• персональные;

• локальные;

• городские (региональные).

• глобальные.

Персональная сеть (Personal Area Network, РАН) - это сеть, объединяющая персональные электронные устройства пользователя (телефоны, карманные персональные компьютеры, смартфоны, ноутбуки и т.п.) И характеризующаяся:

• небольшим числом абонентов;

• малым радиусом действия (до нескольких десятков метров);

• некритичностью к отказам.

К стандартам таких сетей в настоящее время относятся Bluetooth, Zigbee, Пиконет.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) (Local Area Network, LAN) - сеть со скоростью передачи данных , как правило, не менее 1 Мбит/с, обеспечивающая связь на небольших расстояниях - от нескольких десятков метров до нескольких километров. Оборудование, подключаемое к ЛВС, может находиться в одном или нескольких соседних зданиях. Примеры ЛВС: Ethemet, Token Ring.

Городская вычислительная сеть (Меtrороlitаn Area Network, МАН) сеть, промежуточная по размеру между ЛВС и глобальной сетью. Протоколы и кабельная система для городской вычислительной сети описываются в стандартах комитета IEEE 802.6. МAN реализуется на основе протокола DQDB (Distributed Queue Dua1 Bus) - двойная шина с распределенной очередью и использует волоконно-оптический кабель для передачи данных со скоростью 100 Мбит/с на территории до 100 . МAN может применяться для объединения в одну сеть группы сетей, расположенных в разных зданиях. Последние разработки, связанные с высокоскоростным беспроводным доступом в соответствии со стандартом IEEE 802 . 1 6, привели к созданию МAN в виде широкополосных беспроводных ЛВС.

Глобальная сеть (Wide Area Network, WAN) - в отличие от ЛВС охватывает большую территорию и представляет собой объединение нескольких ЛВС, связанных с помощью специального сетевого оборудования (маршрутизаторов, коммутаторов и шлюзов), образующих в случае использования высокоскоростных каналов магистральную сеть передачи данных (магистральную сеть связи). Наиболее широкое применение находят глобальные сети для нужд информационного обмена в коммерческих, научных и других профессиональных целях.

Для построения глобальных сетей могут использоваться различные сетевые технологии, в том числе TCP/IP, X.25, Frame Re1ay, АТМ.

Настоящей глобальной сетью, пожалуй, можно считать только сеть Интернет. Вряд ли глобальной можно считать сеть, объединяющую 2-3 ЛВС, находящиеся в разных городах, расположенных на расстоянии нескольких десятков или даже сотен километров друг от друга. Однако, поскольку для построения такой «простой» сети используются обычно те же сетевые технологии и технические средства, что и в сети Интернет, то такие сети обычно тоже относят к классу глобальных сетей.

2. По принадлежности сети ЭВМ делятся на:

• офисные - сети, расположенные на территории офиса компании, ограниченной обычно пределами одного здания, и построенные на технологиях LAN;

• корпоративные (ведомственные) - сети, представляющие собой объединение нескольких офисных сетей компании, расположенных в разных территориально разнесенных зданиях, находящихся возможно в разных городах и регионах, и построенные на технологиях МAN или WAN;

• частные - сети, построенные обычно на технологии виртуальной частной сети (Virtual Private Network, VPN), позволяющей обеспечить одно или несколько сетевых соединений, которые могут быть трёх видов : узел-узел, узел-сеть и сеть-сеть, образующих логическую сеть поверх другой сети (например, Интернет).

3. По назначению сети ЭВМ делятся на:

• вычислительные, предназначенные для решения задач пользователей, ориентированных, в основном, на вычисления;

• информационные, ориентированные на предоставление информационных услуг; примерами таких сетей могут служить сети, предоставляющие справочные и библиотечные услуги;

информационно-вычислительные, предназначенные для решения задач пользователей и предоставления информационных услуг;

• информационно-управляющие, предназначенные для управления реальными объектами и процессами.

4. По области применения сети можно разделить на:

• сети хранения данных;

• серверные фермы.

Сеть хранения данных (СХД) (Storage Area Network, SAN) представляет собой множество внешних устройств хранения данных, таких как дисковые массивы, ленточные библиотеки, оптические накопители, подключённые к серверам, при этом операционная система рассматривает подключённые ресурсы, как локальные.

Следует не путать сеть хранения данных с сетевой системой хранения данных (Network Attached Storage, NAS), представляющей собой компьютер с дисковым массивом, подключенный обычно к локальной сети и поддерживающий работу по принятым в этой сети протоколам. Часто диски в NAS объединены в RAID массив. Несколько таких компьютеров могут быть объединены в одну систему, обеспечивая надёжность хранения данных, простой доступ для пользователей и хорошую масштабируемость.

Серверная ферма - это множество серверов, соединенных сетью передачи данных и работающих как единое целое. Серверная ферма обычно является ядром крупного центра обработки данных (ЦОД), обеспечивающего распределенную обработку данных.

К перечисленным типам сетей следует добавить:

• беспроводные ЛВС;

• виртуальные локальные вычислительные сети;

• иерархические сети.

Беспроводная ЛВС (wireless LAN - WLAN) - локальная сеть, использующая для передачи данных инфракрасное излучение или чаще всего радиоволны.

Виртуальная локальная вычислительная сеть (ВЛВС) (virtual LAN - VLAN) - логическое объединение узлов локальной сети, позволяющее выделить пользователей одной рабочей группы с общими интересами в отдельный сетевой сегмент. При этом объединяемые узлы могут принадлежать различным физическим сегментам.

Иерархическая сеть (hierarchical network) - сеть, в которой главным вычислительным центром является одна хост-машина, а терминалами - остальные сетевые устройства. Это традиционная архитектура, противоположная современной архитектуре распределенных вычислений, в которых интеллектуальные рабочие станции играют более активную роль в вычислительном процессе.

1.3 Администрирование компьютерных сетей

Важным требованием к любой компьютерной сети, обеспечивающим эффективное функционирование, является её управляемость, заключающаяся в возможности:

• централизованного наблюдения и контроля состояния основных элементов сети, отдельных подсистем и сети в целом;

• выявления и устранения возникающих в процессе функционирования сети проблем, таких как сбои и отказы отдельных устройств сети, определение и устранение перегрузок и т.д.;

• сбора и анализа данных для оценки производительности сети и планирования развития сети;

• обеспечения информационной безопасности и защиты данных и т.п.

Для реализации перечисленных возможностей необходимо в сети иметь специальные автоматизированные средства администрирования, взаимодействующие с техническими и программными средствами сети с помощью коммуникационных протоколов.

Поддержка и обеспечение эффективного функционирования компьютерной сети за счет принятия своевременных организационных решений по управлению сетью на основе анализа характеристик функционирования и текущего состояния сети реализуется в рамках администрирования компьютерной сети сетевым администратором.

К основным функциям администрирования сети относятся:

• наблюдение за потоками данных;

• установка новых версий программного обеспечения;

• создание и поддержание таблиц маршрутизации и коммутации;

• диагностика состояния компонентов сети;

• контроль ошибок и устранение простых отказов;

• замена отказавших узлов резервными;

• реконфигурация сети;

• поддержка отказоустойчивости компьютерной сети;

• добавление новых пользователей;

• определение прав пользователей сети при их обращении к разным ресурсам: файлам, каталогам, принтерам и т.д.;

• ограничение возможностей пользователей в выполнении тех или иных системных действий.

1.4 Типы данных, используемые в компьютерных сетях

Первоначально сети ЭВМ строились для обработки и передачи компьютерных данных, представляемых в цифровой (дискретной) форме.

Современные компьютерные сети ориентированы на передачу и обработку самых разнообразных данных, которые могут быть разделены на следующие типы (рис. l.8).

1. Телеграфные данные - дискретные данные, представляемые в виде импульсов постоянного или переменного тока, передаваемые по телеграфным каналам связи (ТгКС).

Рис. 1.8

2. Телефонные (голосовые) данные - речь в спектре частот от 80 до 12000 Гц, передаваемая по телефонным КС (ТфКС), называемым также каналами тональной частоты (ТЧ). Речь по таким каналам передаётся в ограниченной полосе частот от 300 Гц до 3400 Гц, что обеспечивает разборчивость фраз более 99%.

3. Факсимильные данные - неподвижные изображения.

4. Аудиоданные (звуковое вещание) - в отличие от телефонных, кроме речи передается музыка, пение и т.п. в спектре частот от 20 Гц до 20 кГц. Для качественной передачи аудио данных достаточна полоса частот от 30 Гц до 1 5 кГц.

5. Видеоданные (телевизионное вещание) совокупность движущихся изображений и звукового сопровождения в спектре частот от 40 Гц до 6 МГц. В современных компьютерных сетях различают видеоданные трёх типов, отличающиеся требованиями к качеству передачи:

• видеоконференцсвязь, представляющая собой медленно изменяющиеся изображения и характеризующаяся невысокими требованиями к качеству передачи;

• телевизионное вещание обычного качества;

• телевизионное вещание высокой чёткости.

6. Символьные (цифровые, компьютерные) данные — совокупность символов, например двоичных символов в компьютерах.

Телеграфные и цифровые данные по своей природе относятся к дискретным данным, остальные - к непрерывным данным, но которые могут быть представлены (закодированы) в цифровой форме.

Телефонные, аудио- и видеоданные относятся к так называемым мультимедийным данным, к которым предъявляются специфические требования к качеству передачи по сравнению с обычными компьютерными (цифровыми) данными.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

263. Алкоголизм и наркомания как негативные социальные явления, отрицательно влияющие на сознание и волю личности 490.5 KB
  Исследование алкоголизма и наркомании на основе изучения основных направлений совершенствования системы уголовно-правовых норм, предусматривающих ответственность за преступления, совершенные в состоянии опьянения. Криминологические особенности лиц, совершивших преступления в состоянии опьянения.
264. Электронные таблицы Excel, оформление документов в текстовом редакторе Word 479 KB
  Описание методики табуляции функции, построения графиков в Excel и результаты работы. Построение списка (однотабличной базы данных) в Excel и результаты работы с ним. Теоретический обзор MS Word и методы его функционирования.
265. Расчет цилиндрически-червячного редуктора 261 KB
  Определение общего передаточного отношения механизма от двигателя до выходного вала. Предварительный выбор электродвигателя. Построение кинематической схемы механизма. Расчет геометрии цилиндрического прямозубого колеса.
266. Финансирование бюджетных учреждений сферы дошкольного образования на примере Муниципального дошкольного образовательного учреждения детский сад комбинированного вида № 185 Росинка 420.5 KB
  Экономическая сущность и основы деятельности бюджетных учреждений сферы дошкольного образования. Характеристика деятельности бюджетной организации МДОУ Детский сад № 185. Основные направления совершенствования финансирования и деятельности бюджетного учреждения сферы дошкольного образования.
267. Защита информации по паролю в WinWord и WinRar. Системы восстановления паролей AOPR и ARPR 419.5 KB
  Определить правильный пароль, запрашиваемый программой break00.exe – любыми доступными средствами. Определить ожидаемое время подбора пароля при силовой атаке. Определить пароль доступа к архивному файлу.
268. Тяговые и скоростные свойства автомобиля ПАЗ-3205 179.1 KB
  Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя. Расчет сил тяги и сопротивления движению. Построение динамического паспорта автомобиля. Графики разгона с переключением передач. Время разгона на участках пути 400 и 1000 м.
269. Мировые информационные ресурсы, лекции 561 KB
  Протокол обмена гипертекстовой информацией HTTP. Основные организационные структуры, координирующие работу Internet. Правовое регулирование информационных отношений в сети Интернет. Обзор поисковых систем Интернета. Государственная система научно-технической информации.
270. Проектирование системы автоматического управления поливальной машины 271.56 KB
  Определение элементной базы и расчет передаточных функций выбранных форсунки и датчика расхода. Деление ЛСУ на изменяемую и неизменяемую части. Расчет тахометрического датчика расхода. Построение логарифмических характеристик САУ.
271. Тепловой расчет котлоагрегата ДКВР 20-13 718.5 KB
  В данной работе выполнен тепловой расчет котла ДКВР-20 (двухбарабанный котел водотрубный реконструированный с номинальной паропроизводительностью 20 т/ч). Объем теоретического количества воздуха и объемы продуктов сгорания при α=1.