Компьютерныесети и телекоммуникации XXI века
План
Введение
1. Аппаратные средства компьютерных сетей
2. Конфигурация ЛС и организация обмена информацией
2.1 Виды архитектур ЛС
2.2 Компоненты передачи данных по сети
2.3 Методы доступа в компьютерных сетях
3. Локальные сети ученого назначения
4. Телекоммуникации
Вывод
Список использованной литературы
Введение
Компьютерная сеть — объединение нескольких ЭВМдля совместного решения информационных, вычислительных, учебных и других задач.
Одна из первых возникших при развитиивычислительной техники задач, потребовавшая создания сети хотя бы из двух ЭВМ — обеспечение многократно большей, чем могла дать в то время одна машина,надежности при управлении ответственным процессом в режиме реального времени.Так, при запуске космического аппарата необходимые темпы реакции на внешниесобытия превосходят возможности человека, и выход из строя управляющегокомпьютера грозит непоправимыми последствиями. В простейшей схеме работу этогокомпьютера дублирует второй такой же, и при сбое активной машины содержимое еепроцессора и ОЗУ очень быстро перебрасывается на вторую, которая подхватываетуправление (в реальных системах все, конечно, происходит существенно сложнее).
Сети ЭВМ породили существенно новые технологииобработки информации — сетевые технологии. В простейшем случае сетевыетехнологии позволяют совместно использовать ресурсы — накопители большойемкости, печатающие устройства, доступ в Internet, базы и банки данных.Наиболее современные и перспективные подходы к сетям связаны с использованиемколлективного разделения труда при совместной работе с информацией — разработкеразличных документов и проектов, управлении учреждением или предприятием и т.д.
Компьютерные сети и сетевые технологии обработкиинформации стали основой для построения современных информационных систем.Компьютер ныне следует рассматривать не как отдельное устройство обработки, акак «окно» в компьютерные сети, средство коммуникаций с сетевымиресурсами и другими пользователями сетей.
1. Аппаратные средства компьютерныхсетей
Локальные сети (ЛС ЭВМ) объединяют относительнонебольшое число компьютеров (обычно от 10 до 100, хотя изредка встречаются игораздо больше) в пределах одного помещения (учебный компьютерный класс),здания или учреждении (например, университета). Традиционное название — локальная вычислительная сеть (ЛВС) — скорее дань тем временам, когда сети восновном использовались для решения вычислительных задач; сегодня же в 99%случаев речь идет исключительно об обмене информацией в виде текстов,графических и видео-образов, числовых массивов. Полезность ЛС объясняется тем,что от 60% до 90% необходимой учреждению информации циркулирует внутри него, ненуждаясь в выходе наружу.
Большое влияние на развитие ЛС оказало созданиеавтоматизированных систем управления предприятиями (АСУ). АСУ включаютнесколько автоматизированных рабочих мест (АРМ), измерительных комплексов,пунктов управления. Другое важнейшее поле деятельности, в котором ЛС доказалисвою эффективность — создание классов учебной вычислительной техники (КУВТ).
Благодаря относительно небольшим длинам линийсвязи (как правило, не более 300 метров), по ЛC можно передавать информацию вцифровом виде с высокой скоростью передачи. На больших расстояниях такой способпередачи неприемлем из-за неизбежного затухания высокочастотных сигналов, вэтих случаях приходится прибегать к дополнительным техническим(цифро-аналоговым преобразованиям) и программным (протоколам коррекции ошибок идр.) решениям.
Характерная особенность ЛС — наличие связывающеговсех абонентов высокоскоростного канала связи для передачи информации вцифровом виде. Существуют проводные и беспроводные каналы. Каждый из ниххарактеризуется определенными значениями существенных с точки зрения организацииЛС параметров:
1. скорости передачи данных;
2. максимальной длины линии;
3. помехозащищенности;
4. механической прочности;
5. удобства и простоты монтажа;
6. стоимости.
В настоящее время обычно применяют четыре типасетевых кабелей:
1. коаксиальный кабель;
2. незащищенная витая пара;
3. защищенная витая пара;
4. волоконно-оптический кабель.
Первые три типа кабелей передают электрическийсигнал по медным проводникам. Волоконно-оптические кабели передают свет постеклянному волокну.
Большинство сетей допускает несколько вариантовкабельных соединений.
Коаксиальные кабели состоят из двух проводников,окруженных изолирующими слоями. Первый слой изоляции окружает центральныймедный провод. Этот слой оплетен снаружи внешним экранирующим проводником.Наиболее распространенными коаксиальными кабелями являются толстый и тонкийкабели «Ethernet». Такая конструкция обеспечивает хорошуюпомехозащищенность и малое затухание сигнала на расстояниях.
Различают толстый (около 10 мм в диаметре) и тонкий (около 4 мм) коаксиальные кабели. Обладая преимуществами попомехозащищенности, прочности, длине, толстый коаксиальный кабель дороже исложнее в монтаже (его сложнее протягивать по кабельным каналам), чем тонкий.До последнего времени тонкий коаксиальный кабель представлял собой разумныйкомпромисс между основными параметрами линий связи ЛВС и наиболее частоиспользуется для организации крупных ЛС предприятий и учреждений. Однако болеедорогие толстые кабели обеспечивают лучшую передачу данных на большеерасстояние и менее чувствительны к электромагнитным помехам.
Витые пары представляют собой два провода,скрученных вместе шестью оборотами на дюйм для обеспечения защиты отэлектромагнитных помех и согласования электрического сопротивления. Другимнаименованием, обычно потребляемым для такого провода, является «IBM тип-3».В США такие кабели прокладываются при постройке зданий для обеспечениятелефонной связи. Однако использование телефонного провода, особенно когда онуже размещен в здании, может создать большие проблемы. Во-первых, незащищенныевитые пары чувствительны к электромагнитным помехам, например электрическимшумам, создаваемым люминесцентными светильниками и движущимися лифтами. Помехимогут создавать также сигналы, передаваемые по замкнутому контуру в телефонныхлиниях, проходящих вдоль кабеля локальной сети. Кроме того, витые пары плохого качествамогут иметь переменное число витков на дюйм, что искажает расчетноеэлектрическое сопротивление.
Важно также заметить, что телефонные провода невсегда проложены по прямой линии. Кабель, соединяющий два рядом расположенныхпомещения, может на самом деле обойти половину здания. Недооценка длины кабеляв этом случае может привести к тому, что фактически она превысит максимальнодопустимую длину.
Защищенные витые пары схожи с незащищенными, заисключением того, что они используют более толстые провода и защищены отвнешнего воздействия шеи изолятора. Наиболее распространенный тип такогокабеля, применяемого в локальных сетях, «IBM тип-1» представляетсобой защищенный кабель с двумя витыми парами непрерывного провода. В новыхзданиях лучшим вариантом может быть кабель «тип-2», так как онвключает помимо линии передачи данных четыре незащищенные пары непрерывногопровода для передачи телефонных переговоров. Таким образом, «тип-2»позволяет использовать один кабель для передачи как телефонных переговоров, таки данных по локальной сети.
Защита и тщательное соблюдение числа повивов надюйм делают защищенный кабель с витыми парами надежным альтернативным кабельнымсоединением Однако эта надежность приводит к увеличению стоимости.
Волоконно-оптические кабели передают данные ввиде световых импульсов стеклянным «проводам». Большинство системлокальных сетей в настоящее время поддерживает волоконно-оптическое кабельноесоединение. Волоконно-оптический кабель обладает существенными преимуществамипо сравнению с любыми вариантами медного кабеля. Волоконно-оптические кабелиобеспечивают наивысшую скорость передачи; они более надежны, так как неподвержены потерям информационных пакетов из-за электромагнитных помех.Оптический кабель очень тонок и гибок, что делает его транспортировку болееудобной по сравнению с более тяжелым медным кабелем. Однако наиболее важно то,что только оптический кабель имеет достаточную пропускную способность, котораяв будущем потребуется для более быстрых сетей.
Пока еще цена волоконно-оптического кабелязначительно выше медного. По сравнению с медным кабелем монтаж оптическогокабеля более трудоемок, по сколько концы его должны быть тщательно отполированыи выровнены до обеспечения надежного соединения. Однако ныне происходит переходна оптоволоконные линии, абсолютно неподверженные помехам и находящиеся внеконкуренции по пропускной способности. Стоимость таких линий неуклонно снижается,технологические трудности стыковки оптических волокон успешно преодолеваются.
Беспроводная связь на радиоволнах можетиспользоваться для организации сетей в пределах больших помещений типа ангаровили павильонов, там где использование обычных линий связи затруднено или нецелесообразно.Кроме того, беспроводные линии могут связывать удаленные сегменты локальныхсетей на расстояниях 3 — 5 км (с антенной типа волновой канал) и 25 км (с направленной параболической антенной) при условии прямой видимости. Организации беспроводнойсети существенно дороже, чем обычной.
Для организации учебных ЛС чаще всегоиспользуется витая пара, как самая дешевая, поскольку требования к скоростипередачи данных и длине линий не являются критическими.
Для связи компьютеров с помощью линий связи ЛСтребуются адаптеры сети (или, как их иногда называют, сетевые платы). Самымиизвестными являются: адаптеры следующих трех типов:
1. ArcNet; 2. Token Ring; 3. Ethernet.
2. Конфигурация ЛС иорганизация обмена информацией
2.1 Виды архитектур ЛС
В простейших сетях снебольшим числом компьютеров они могут быть полностью равноправными; сеть вэтом случае обеспечивает передачу данных от любого компьютера к любому другомудля коллективной работы над информацией. Такая сеть называется одноранговой.
Однако в крупных сетях с большим числомкомпьютеров оказывается целесообразным выделять один (или несколько) мощныхкомпьютеров для обслуживания потребностей сети (хранение и передачу данных,печать на сетевом принтере). Такие выделенные компьютеры называют серверами;они работают под управлением сетевой операционной системы. В качестве сервераобычно используется высокопроизводительный компьютер с большим ОЗУ ивинчестером (или даже несколькими винчестерами) большой емкости. Клавиатура идисплей для сервера сети не обязательны, поскольку они используются очень редко(для настройки сетевой ОС).
Все остальные компьютеры называются рабочимистанциями. Рабочие станции могут не иметь винчестерских дисков или дажедисководов вовсе. Такие рабочие станции называют бездисковыми. Первичнаязагрузка ОС на бездисковые рабочие станции происходит по локальной сети сиспользованием специально устанавливаемых на сетевые адаптеры рабочих станциймикросхем ОЗУ, хранящих программу начальной загрузки.
ЛС в зависимости от назначения и техническихрешений могут иметь различные конфигурации (или, как еще говорят, архитектуру,или топологию).
В кольцевой ЛС информация передается позамкнутому каналу. Каждый абонент непосредственно связан с двумя ближайшимисоседями, хотя в принципе способен связаться с любым абонентом сети.
В звездообразной (радиальной) ЛС в центренаходится центральный управляющий компьютер, последовательно связывающийся сабонентами и связывающий их друг с другом.
В шинной конфигурации компьютеры подключены кобщему для них каналу (шине), через который могут обмениваться сообщениями.
В древовидной — существует «главный»компьютер, которому подчинены компьютеры следующего уровня, и т.д.
Кроме того, возможны конфигурации без отчетливогохарактера связей; пределом является полносвязная конфигурация, когда каждыйкомпьютер в сети непосредственно связан с любым другим компьютером.
В крупных ЛС предприятий и учреждений чаще всегоиспользуется шинная (шейная) топология, соответствующая архитектуре многихадминистративных зданий, имеющих длинные коридоры и кабинеты сотрудников вдольних. Для учебных целей в КУВТ чаще всего используют кольцевые и звездообразныеЛС.
В любой физической конфигурации поддержка доступаот одного компьютера к другому, наличие или отсутствие выделенного компьютера(в составе КУВТ его называют «учительским», а остальные — «ученическими»),выполняется программой – сетевой операционной системой, которая по отношению кОС отдельных компьютеров является надстройкой. Для современных высокоразвитыхОС персональных компьютеров вполне характерно наличие сетевых возможностей(например, OS/2, WINDOWS 95-98).
2.2 Компоненты передачи данных по сети
Процесс передачи данных по сети определяют шестькомпонент:
1. компьютер-источник;
2. блок протокола;
3. передатчик;
4. физическая кабельная сеть;
5. приемник;
6. компьютер-адресат.
Компьютер-источник может быть рабочей станцией,файл-сервером, шлюзом или любым компьютером, подключенным к сети. Блок протоколасостоит из набора микросхем и программного драйвера для платы сетевогоинтерфейса. Блок протокола отвечает за логику передачи по сети. Передатчикпосылает электрический сигнал через физическую топологическую схему. Приемникраспознает и принимает сигнал, передающийся по сети, и направляет его дляпреобразования в блок протокола. Цикл передачи данных начинается скомпьютера-источника, передающего исходные данные в блок протокола. Блокпротокола организует данные в пакет передачи, содержащий соответствующий запроск обслуживающим устройствам, информацию по обработке запроса (включая, еслинеобходимо, адрес получателя) и исходные данные для передачи. Пакет затемнаправляется в передатчик для преобразования в сетевой сигнал. Пакетраспространяется по сетевому кабелю пока не попадает в приемник, гдеперекодируется в данные. Здесь управление переходит к блоку протокола, которыйпроверяет данные на сбойность, передает «квитанцию» о приеме пакетаисточнику, переформировывает пакеты и передает их в компьютер-адресат.
В ходе процесса передачи блок протокола управляетлогикой передачи по сети через схему доступа.
2.3 Методы доступа в компьютерных сетях
Каждая сетевая ОСиспользует определенную стратегию доступа от одного компьютера к другому.Широко используются маркерные методы доступа (называемые селективнойпередачей), когда компьютер-абонент получает от центрального компьютера сетитак называемый маркер — сигнал на право ведения передачи в течениеопределенного времени, после чего маркер передается другому абоненту. Приконкурентном методе доступа абонент начинает передачу данных, если обнаруживаетсвободной линию, или откладывает передачу на некоторый промежуток времени, еслилиния занята другим абонентом. При другом способе — резервировании времени — укаждого абонента есть определенный промежуток, в течение которого линияпринадлежит только ему.
Наиболее часто применяются две основные схемы:
• конкурентная (Ethernet);
• с маркерным доступом (Token Ring, Arcnet).
Ведутся дебаты о том, какая схема более эффективна- конкурентная или с маркерным доступом. Сети с маркерным доступом обычно болеемедленные, но они дают более предсказуемыми свойствами, чем конкурентные. Помере роста числа пользователей у сетей с маркерным доступом параметрыухудшаются медленнее, чем у конкурентных сетей. Эффективность сети зависит отвеличины потока сообщений, который необязательно связан с числом активныхрабочих станций. По конкурентной схеме, когда много рабочих станцийодновременно пытаются пере-слать данные, возникают наложения. Таким образом,если большая часть обработки данных в сети выполняется локально (например, еслирабочие станции заняты, главным образом, локальной подготовкой текстов),эффективность сети остается высокой, даже если к сети подключено многопользователей.
При схеме с маркерным доступом эффективностьнепосредственно определяем числом активных рабочих станций, а не полным потокомсообщений, передаваемым по сети. Каждый дополнительный пользователь добавляетеще один адрес, по которому будет передан маркер независимо от того, нуждаетсяили нет рабочая станция в пересылке сообщения.
Сеть Ethernet использует для управления передачейданных по сети конкурентную схему. Элементы сети Ethernet могут быть соединеныпо шинной или звездной топологии с использованием витых пар, коаксиальных иливолоконно-оптических кабелей.
Основным преимуществом сетей Ethernet является ихбыстродействие. Обладая скоростью передачи от 10 до 100 Мбит/с, Ethernetявляется одной из самых быстрых среди существующих локальных сетей. Однако такоебыстродействие, в свою очередь, вызывает определенные проблемы: из-за того, чтопредельные возможности тонкого медного кабеля лишь незначительно превышаютуказанную скорость передачи в 10 Мбит/с, даже небольшие электромагнитные помехимогут значительно ухудшить производительность сети.
Как показывает их наименование, сети Token Ringиспользуют для передачи данных схему с маркерным доступом. Сеть Token Ringфизически выполнена по схеме «звезда», но ведет себя как кольцевая.Другими словами, пакеты данных передаются с одной рабочей станции на другуюпоследовательно (как в кольцевой сети), но постоянно проходят через центральныйкомпьютер (как в сетях типа «звезда»). Сети Token Ring могутосуществлять передачу как по незащищенным и защищенным витым проводным парам,так и по волоконно-оптическим кабелям.
Сети Token Ring существуют в двух версиях: соскоростью передачи в 4 и в 16 Мбит/с. Однако, хотя отдельные сети работают наскоростях либо 4, либо 16 Мбит/с, возможно соединение через мосты сетей сразными скоростями передачи. Сети Token Ring надежны, обладают высокойскоростью (особенно версия со скоростью передачи 16 Мбит/с) и просты дляустановки. Однако по сравнению с сетями ARCnet сети Token Ring дороги.
Сеть ARCnet использует схему с маркерным доступоми может работать как в шинной, так и в звездной топологии. Схема «звезда»обычно обеспечивает лучшую производительность, так как при этой топологиивозникает меньше конфликта при передаче. ARCnet совместима с коаксиальными кабелями,витыми парами и волоконно-оптическими кабелями.
Системы ARCnet являются сравнительно медленными.Передача осуществляется на скорости лишь 2,5 Мбит/с, что значительно меньше,чем в других типах сетей. Несмотря на малое быстродействие, ARCnet сохраняетсвою популярность. Ее маленькая скорость передачи является в своем родекомпенсацией за эффективный метод передачи сигналов. ARCnet — сравнительно недорогая и гибкая система, которая легко устанавливается,расширяется и подвергается изменению конфигурации.
Правила организации передачи данных в сетиназывают протоколом. Определенный протокол поддерживается как аппаратно(адаптерами сети), так и программно (сетевой ОС).
В ЛС данные передаются от одного компьютера кдругому блоками, которые называют пакетами данных. Станция, передающая пакетданных, обычно указывает в его заголовке адрес назначения данных и свойсобственный адрес. Пакеты могут передаваться между рабочими станциями безподтверждения — это тип связи на уровне датаграмм. Проверка правильностипередачи пакетов в этом случае выполняется сетевой ОС, которая может самапосылать пакеты, подтверждающие правильную передачу данных. Важное преимуществодатаграмм — возможность посылки пакетов сразу всем станциям в сети.
Например, протокол передачи данных IPX (от слов «InternetworkPacket Exchange», что означает «межсетевой обмен пакетами»)используется в сетевом программном обеспечении фирмы «Novell» иявляется реализацией датаграмм. Другой пример — разработанный фирмой IBMпротокол NETBIOS, также получивший большую известность, тоже работает на уровнедатаграмм.
Сетевой адрес состоит из нескольких компонентов:
1. номера сети;
2. адреса станции в сети;
3. идентификатора программы на рабочей станции.
Номер сети — это номер сегмента сети (кабельногохозяйства), определяемого системным администратором при установке сетевой ОС.
Адрес станции — это число, являющееся уникальнымдля каждой рабочей станции. Уникальность адресов при использовании адаптеровEthernet обеспечивается заводом-изготовителем плат (адрес станции записываетсяв микросхеме ОЗУ адаптеров).На адаптерах ArcNet адрес станции устанавливаетсяпри помощи перемычек или микропереключателей.
Идентификатор программы на рабочей станцииназывается сокет. Это число, которое используется для адресации пакетов вконкретной программе, работающей на станции под управлением многозадачнойоперационной системы (типа Windows, OS/2). Каждая программа для того, чтобыпосылать или получать данные по сети, должна получить свой, уникальный дляданной рабочей станции, идентификатор — сокет.
3. Локальные сети учебного назначения
ЛС КУВТ — совокупность аппаратных и программныхсредств, ориентированных на использование в учебном процессе. В конце 80-хгодов получили широкое распространение КУВТ «Ямаха», КУВТ на баземикро — ЭВМ БК0010, УКНЦ, «Корвет». Им на смену пришли КУВТ на базекомпьютеров IBM PC (и им подобных) и «Apple Macintosh». В рядемест функционируют и гибридные КУВТ с головной машиной IBM PC и ученическимиУКНЦ или «Корвет». В состав каждогоКУВТ входят:
• рабочее место преподавателя (РМП);
• рабочие места учащихся (РМУ) — обычно 10 — 15;
• аппаратные и программные средствасетеобразования.
В составе РМП обязательно находится компьютер (системныйблок, дисплей и клавиатура), достаточно емкое устройство для храненияинформации – накопитель и принтер. В указанных вышеКУВТ первого поколения обычно роль накопителя выполняли два НГМД и бытовойкассетный магнитофон. Разумеется, такая сеть предоставляет весьма слабыевозможности; в современных ЛС КУВТ на головной машине находится винчестер сёмкостью до 120 Гбайт, CD — RW, другие устройства.
Сетевая ОС, функционирующая на РМП, должнапредоставлять следующий минимальный набор пользовательских возможностей:
1. пересылку программ и данных с РМП на каждое изРМУ и обратно;
2. исполнение программ как на РМУ, так и на РМП;
3. вывод программ и данных с РМУ на внешниенакопители и принтер РМП;
4. групповую рассылку программ с РМП на все РМУ.
В ходе этой работы ОС ЛС КУВТ должна бытьспособной к следующему.
1. Поддержка файловой системы. Это связано снеобходимостью обеспечить абонентам — учащимся доступ к файлам, хранящимся наголовной машине сети, которая в этом случае исполняет роль файлового сервера. Вболее «продвинутом» варианте на головной машине может иметься базаданных, представляющая интерес для учебного процесса, и ОС должна поддерживатьдоступ к этой базе.
2. Защита данных и разграничение доступа. Безэтого файлы одних учащихся при записи на общий диск сотрут файлы других. Крометого, в такой системе коллективного пользования могут быть конфиденциальныеданные, и система должна предусмотреть вариант их защиты отнесанкционированного доступа (например, по паролю).
3. Система контроля и ведения урока. Она включаетвозможность преподавателю вмешиваться в работу учащихся, просматривать ихэкраны, вызывать и редактировать их программы, организовывать коллективныедемонстрации и т.д.
Высокоразвитые ОС ЛС КУВТ предоставляют немалыевозможности. Среди команд преподавателя есть несколько справочных, позволяющихустановить в каком режиме функционируют компьютеры учащихся, команды пересылкипрограмм и их автоматического запуска на РМУ, команды вызова файлов — программи данных — с любого из РМУ на РМП или на диск, отключения любого из РМУ от сетии обратное подключение. Сеть поддерживает локальную электронную почту и обменкороткими текстовыми сообщениями между любыми компьютерами. Оченьважен такой показатель как быстродействие сети. Так, скорость передачи поисходной ЛС КУВТ УКНЦ в 5-8 Кбит/с приводит, например, к затрате несколькихминут на рассылку компилятора Паскаля — это слишком много для учебногопроцесса. Установка в этом классе головной машины IBM PC с сетевой системойфирмы «Линакс» сокращает это время минимум в 10 раз. Однако, даже вклассах на основе компьютеров IBM PC и Macintosh скорость рассылки по сетибывает недостаточно высокой, что создает проблемы при учебной работе.
4. Телекоммуникации
Компьютерныетелекоммуникации — одна из наиболее динамично развивающихся областейинформационных технологий. По сравнению с другими разделами информационных технологийее технологическая составляющая значительно превосходит теоретическую. Поэтомуэффективность изучения данной темы сильно зависит от возможности организоватьпрактическую работу учащихся с компьютерными сетями.
В рамках данного раздела базового курсареализуется следующий перечень педагогических целей: дать представление оназначении и структуре локальных и глобальных сетей; познакомить учащихся сосновными информационными услугами сетей, с возможностями Internet; обучитьспособам обмена файлами в локальной сети компьютерного класса; познакомить соспособами поиска информации в Internet (при наличии технических возможностей).
Содержание данного подраздела базового курсаделится на две части по принципу деления компьютерных сетей на два типа:
локальные сети;
глобальные сети.
Тема компьютерных сетей обширна по числу понятийи может излагаться с разной степенью подробности. Раскрытие этой темы вшкольных учебниках, как правило, носит краткий характер. Поэтому, наряду собсуждением вопросов методики, в данный подраздел пособия включеныдополнительные сведения по теме, которые будут полезны учителю.
Методические рекомендации по изучению темы
Изучаемые вопросы:
♦ Локальная сеть (ЛС), организация иназначение.
♦ Локальные сети школьных КУВТ.
♦ Организация глобальных сетей (ГС).
♦ Информационные услуги ГС.
♦ Аппаратные средства сетей.
♦ Что такое Internet.
♦ Информационные услуги Internet и WorldWide Web.
Если компьютеры в школьном кабинете информатикиобъединены в локальную сеть, то это обстоятельство существенно облегчаетизучение данной темы. Именно школьный компьютерный класс должен стать отправнойточкой в разговоре о передаче информации в компьютерных сетях. Определив компьютернуюсеть как систему компьютеров, связанных каналами передачи информации, учительдемонстрирует такую систему на оборудовании компьютерного класса и сообщает,что такая сеть называется локальной.
Локальные компьютерные сети небольшие по масштабам иработают в пределах одного помещения, здания, предприятия. Возможно, что вшколе действует локальная сеть, объединяющая компьютеры, установленные в разныхпомещениях: в учебных кабинетах, кабинете директора, бухгалтерии и др. Точнотак же в локальную сеть часто объединяются различные отделы предприятий, фирм,учреждений.
Локальные сети, в зависимости от назначения итехнических решений, могут иметь различные структуры объединения компьютеров.Их еще называют конфигурациями, архитектурой, топологией сети.
Бывают ситуации в ЛС, когда топология не имееткакой-то регулярной структуры. Например, компьютеры могут соединяться попринципу «каждый с каждым».
Использование локальных сетей отвечает двумосновным целям:
1) обмену файлами между пользователями сети;
2) использованию общедоступных ресурсов: большогопространства дисковой памяти, принтеров, централизованной базы данных,программного обеспечения и др.
Пользователей общей локальной сети принятоназывать рабочей группой, а компьютеры, за которыми они работают, — рабочимистанциями. Если все компьютеры в сети равноправны, т.е. сеть состоит только израбочих станций пользователей, то ее называют одноранговой сетью. Одноранговыесети используются для осуществления первой из отмеченных целей: для обменафайлами. У каждого компьютера в такой сети есть свое имя. Члены рабочей группымогут обращаться по этим именам к дисковой памяти ПК своих коллег и копироватьфайлы на свой компьютер или копировать свои файлы на другие компьютеры.Возможность такого обмена обеспечивается специальной сетевой операционнойсистемой. Средствами сетевой ОС можно защитить информацию от постороннегодоступа. Таким образом, локальная сеть избавляет от необходимости использоватьдискеты для переноса информации с одного компьютера на другой.
Другой способ организации локальной сети — сеть свыделенным (главным) компьютером. Его называют файл-сервером. Чаще всего вшкольных компьютерных классах используется именно такая организация. Кфайл-серверу имеет доступ учитель, а ученики работают за рабочими станциями.Все рабочие станции соединены с главной машиной (схема соединения «звезда»).Поэтому непосредственный обмен информацией происходит между сервером и каждойрабочей станцией. Конечно, в такой системе ученики тоже могут обмениватьсяфайлами, но «транзитом» через сервер. Обычно сервер — это болеемощная машина, чем рабочие станции, с большим жестким диском, с дополнительнымивнешними устройствами (например, CD-ROM — дисководом, принтером, модемом). Притакой организации локальной сети реализуется вторая из отмеченных выше целей:доступ пользователей к общим аппаратным и информационным ресурсам сервера. Вчастности, программы, хранящиеся на диске сервера, могут загружаться воперативную память рабочей станции и запускаться на исполнение подобно тому,как это делается с собственного диска ПК. Со своего рабочего места пользовательможет создавать и сохранять файлы на жестком диске сервера.
Работой сети управляет сетевая операционнаясистема. Операционная система поддерживает стандарты (протоколы) обменаинформацией в сети, устанавливает очередность при обращении различныхпользователей к одним и тем же ресурсам и пр. Основное назначение сетевой ОС —дать возможность пользователям работать в локальной сети, не мешая друг другу.Работу одноранговых сетей поддерживает операционная система Windows 95/98.Наиболее распространенные ОС для сетей с выделенным сервером: Novell NetWare,Windows NT.
Глобальные компьютерные сети объединяют междусобой ЭВМ, расположенные на больших расстояниях (в масштабах региона, страны,мира). Если локальную сеть ученики могут увидеть своими глазами, то знакомствос глобальными сетями будет носить более описательный характер. Здесь, как и вомногих других темах, приходит на помощь метод аналогий. Устройство глобальнойсети можно сравнить с устройством системы телефонной связи — телефонной сети.Телефоны абонентов связаны с узлами-коммутаторами. В свою очередь, всегородские коммутаторы связаны между собой так, что между любыми двумятелефонами абонентов может быть установлена связь. Вся эта система образуеттелефонную сеть города. Городские (региональные) сети связаны между собой помеждугородним линиям. Выход на телефонные сети других стран происходит помеждународным линиям связи. Таким образом, весь мир «опутан»телефонными сетями. Два абонента в любой части света, подключенные к этой сети,могут связаться друг с другом.
Рассказав об этом, предложите ученикампредставить, что у абонентов вместо телефонных аппаратов установленыперсональные компьютеры; вместо коммутаторов — мощные компьютерные узлы, и потакой сети циркулирует самая разнообразная информация: от текстовой до видео извука. Это и есть современная мировая система глобальных компьютерных сетей.
Первая глобальная компьютерная сеть началадействовать в 1969 г. в США, она называлась ARPANET и объединяла в себе всего 4удаленных компьютера. Примером современной сети научно-образовательногоназначения является BITNET. Она охватывает 35 стран Европы, Азии и Америки,объединяет более 800 университетов, колледжей, научных центров. Крупнейшейроссийской сетью является RELCOM, созданная в 1990 г. RELCOM входит в европейское объединение сетей EUNET, которая, в свою очередь, являетсяучастником гигантского мирового сообщества INTERNET. Такая иерархичностьхарактерна для организации глобальных сетей.
Сеть состоит из узловых хост-компьютеров, ПКабонентов сети, линии связи. Обычно узел сети содержит не один, а множествокомпьютеров. Функции серверов различных сетевых услуг могут выполнять разныекомпьютеры.
Хост-компьютеры постоянно находятся во включенномсостоянии, постоянно готовы к приему-передаче информации. В таком случаеговорят, что они работают в режиме on-line. Компьютеры абонентов выходят насвязь с сетью (в режим on-line) лишь на определенное время — сеанс связи.Переслав и получив необходимую информацию, абонент может отключиться от сети идалее работать с полученной информацией автономно — в режиме off-line. Маршрутпередачи информации пользователю обычно неизвестен. Он может быть уверен лишь втом, что информация проходит через узел подключения и доходит до пунктаназначения. Маршрутизацией передаваемых данных занимаются системные средствасети. В разных сеансах связь с одним и тем же корреспондентом может проходитьпо разным маршрутам.
Шлюзом называют компьютер, организующий связьданной сети с другими глобальными сетями.
Информационные услуги глобальных сетей.Электронная почта. В истории глобальных сетей электронная почта (e-mail) появиласькак самая первая информационная услуга. Эта услуга остается основной иважнейшей в компьютерных телекоммуникациях. Можно сказать, что происходитпроцесс вытеснения традиционной бумажной почты электронной почтой. Преимуществапоследней очевидны: прежде всего, это высокая скорость доставки корреспонденции(минуты, редко — часы), сравнительная дешевизна. Уже сейчас огромные объемыделовой и личной переписки идут через e-mail. Электронная почта в сочетании сфаксимильной связью обеспечивают абсолютное большинство потребностей в передачеписем и документов.
Для того чтобы абонент мог воспользоватьсяуслугами электронной почты, он должен:
• иметь аппаратное подключение своегоперсонального компьютера к почтовому серверу узла компьютерной сети;
• иметь на этом сервере свой почтовый ящик ипароль для обращения к нему;
• иметь личный электронный адрес;
• иметь на своем компьютере клиент-программуэлектронной почты (мэйлер).
Наряду с электронной почтой в глобальных сетяхсуществуют и другие виды информационных услуг для пользователей.
Telnet. Эта услуга позволяет пользователю работать в режиме терминалаудаленного компьютера, т. е. использовать установленные на нем программы также, как программы на собственном компьютере.
FTP. Так называется сетевой протокол и программы, которыеобслуживают работу с каталогами и файлами удаленной машины. Клиент FTP имеетвозможность просматривать каталоги FTP-cepверов, копировать интересующие егофайлы.
Archie. Так называются специальные серверы, выполняющие рольпоисковых программ в системе FTP-серверов. Они помогают быстро найти нужные вамфайлы.
Gopher. Система поиска и извлечения информации из сети сразвитыми средствами многоуровневых меню, справочных книг, индексных ссылок ипр.
WAIS. Сетевая информационно-поисковая система, основанная нараспределенных базах данных и библиотеках.
Usenet. Система телеконференций. Другое название — группыновостей. Обслуживает подписчиков определенных тематических конференций,рассылая им материалы по электронной почте. ящики абонентов и, обнаружив тамисходящую корреспонденцию, организует ее отравление. Аппаратные средства сетей.Хост-компьютеры (серверы). Хост-компьютер имеет собственный уникальный адрес всети и выполняет роль узловой машины, обслуживающей абонентов. В качествехост-компьютеров используются разные типы машин: от мощных ПК до мини-ЭВМ идаже мэйнфреймов (больших ЭВМ). Основные требования — высокоскоростнойпроцессор и большой объем дисковой памяти (сотни Гбайт). На хост-компьютерах всети Internet используется операционная система Unix. Все сервер-программы,обслуживающие приложения, работают под управлением Unix.
Из того о чем уже говорилось выше, следует, чтопонятие «сервер» носит программно-аппаратный смысл. Например,хост-компьютер, на котором в данный момент работает сервер-программаэлектронной почты, выполняет роль почтового сервера. Если на этой же машиненачинает работать сервер-программа WWW, то она становится Web-сервером. Частофункции серверов различных услуг разделены на узле сети между разнымикомпьютерами.
Линии связи. Основные типы линий связи между компьютерамисети: телефонные линии, электрические кабели, оптоволоконный кабель ибеспроводная связь. Главными параметрами линий связи являются пропускнаяспособность (максимальная скорость передачи информации), помехоустойчивость,стоимость. По параметру стоимости самыми дорогими являются оптоволоконныелинии, самыми дешевыми — телефонные. Однако с уменьшением цены уменьшается икачество работы линии. В табл. 12.1 даны сравнительные характеристики линий попараметрам скорости и помехоустойчивости.
Таблица 1. Характеристики линий связиТип связи Скорость, Мбит/с Помехоустойчивость Витая пара проводов 10 -100 Низкая Коаксиальный кабель До 10 Высокая Телефонная линия 1-2 Низкая Оптоволоконный кабель 10 —200 Абсолютная
Чаще всего для связи между хост-компьютерамииспользуются выделенные телефонные линии или радиосвязь. Если узлы сетирасположены сравнительно недалеко друг от друга (в пределах города), то связьмежду ними может быть организована по кабельным линиям — электрическим илиоптоволоконным. В последнее время в сети Internet активно используетсяспутниковая радиосвязь.
Обычно абоненты (клиенты) подключаются к узлусвоего провайдера через телефонную линию. Все чаще для этих целей начинаетприменяться беспроводная связь.
С точки зрения пользователя, Интернет — этоопределенное множество информационных услуг, которые он может получать от сети.В число услуг входят: электронная почта, телеконференции (списки рассылки),архивы файлов, справочники и базы данных, Всемирная паутина — WWW и пр.Интернет — это неограниченные информационные ресурсы. Влияние, которое окажетИнтернет на развитие человеческого общества, еще до конца не осознано.
Информационные услуги Интернет. Наряду с перечисленнымивыше информационными услугами (электронной почтой, телеконференциями и др.),предоставляемыми пользователям глобальных сетей, существуют услуги, появление иразвитие которых связано исключительно с развитием мировой сети Интернет.Наиболее заметной среди них является WWW.
WWW— World Wide Web — Всемирная паутина. Этогипертекстовая информационная система в Интернете. В последнее время WWW и еепрограммное обеспечение становится универсальным средством информационных услугв Интернет.
Основные понятия, связанные с WWW:
Web-страница — основная информационная единица вWWW, имеющая свой адрес;
Web-сервер — компьютер, хранящий Web-страницы исоответствующее программное обеспечение для работы с ними;
Web-браузер — клиент-программа, позволяющаяизвлекать и просматривать Web-страницы;
Web-сайт — раздел данных на Web-сервере,принадлежащий какой-то организации или лицу. В этом разделе его владелецразмещает свою информацию в виде множества взаимосвязанных Web-страниц. Обычносайт имеет титул — головную страницу, от которой по гиперссылкам или указателям«вперед-назад» можно двигаться по страницам сайта. Наиболее популярными Web-браузерами являютсяInternet Explorer и Netscape Navigator. Основная задача браузера — обращение кWeb-серверу за искомой страницей и вывод страницы на экран. Простейший способполучения нужной информации из Интернет — указание адреса искомого ресурса. Для хранения и поиска информации в Интернетиспользуется универсальная адресация, которая носит название URL — UniformResource Locator. В помощь пользователю в Интернет действует ряд специальныхпоисковых программ. Еще их называют поисковыми серверами, поисковыми машинами,поисковыми системами. Поисковая система выдает пользователю список адресовдокументов, в которых встречаются указанные пользователем ключевые слова. Нижеприведены адреса наиболее популярных российских поисковых серверов:
mssia.agama.com/Aport/
www.rambler.ru/
yandex.ru/
www.altavista.telia.com/
Кроме WWW, среди относительно новых услуг вИнтернет существуют следующие:
IRC. Internet Relay Chat — «болтовня» вреальном времени. Позволяет вести письменный диалог удаленным собеседникам врежиме on-line;
Internet-телефония. Услуга, поддерживающаяголосовое общение клиентов сети в режиме on-line.
Рекомендации по организации практической работы
При наличии возможности выхода в Интернет,практическая работа учащихся может быть организована по таким направлениям:
• подготовка, отправление и прием электроннойпочты;
• работа с Web-браузером, просмотр Web-страниц;
• обращение в FTP — серверам, извлечение файлов;
• поиск информации в системе WWW с помощьюпоисковых программ.
Знакомство с каждым новым видом прикладногопрограммного обеспечения, обслуживающим соответствующую информационную услугу(почтовая программа, Web-браузер, поисковая программа) следует проводить постандартной методической схеме: данные, среда, режимы работы, система команд.
Вывод
Сети ЭВМ врываются в жизнь людей как впрофессиональную деятельность, так и в быт — самым неожиданным и массовымобразом. Знания о сетях и навыки работы в них становятся необходимыми множествулюдей.
Сети ЭВМ породили существенно новые технологииобработки информации — сетевые технологии. В простейшем случае сетевыетехнологии позволяют совместно использовать ресурсы — накопители большойемкости, печатающие устройства, доступ в Internet, базы и банки данных.Наиболее современные и перспективные подходы к сетям связаны с использованиемколлективного разделения труда при совместной работе с информацией — разработкеразличных документов и проектов, управлении учреждением или предприятием и т.д.Компьютерные сети и сетевые технологии обработки информации стали основой дляпостроения современных информационных систем. Компьютер ныне следуетрассматривать не как отдельное устройство обработки, а как «окно» вкомпьютерные сети, средство коммуникаций с сетевыми ресурсами и другимипользователями сетей.
Список использованнойлитературы
1. Могилев А.В., ПакН.И., Хеннер Е.К. Информатика. – М.: «Академия», 2001. – 586 с.
2. Экономическаяинформатика / под ред. П.В. Конюховского и Д.Н. Колесова. – СПб: Питер, 2000. –560 с.
3. Бройдо В.Л.Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов. 2-е изд. — СПб.: Питер, 2006 — 703 с.
4. Компьютерныесети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 2-е изд. / В.Г.Олифер, Н.А. Олифер –СПб.: Питер, 2004. – 864 с.
5. Телекоммуникации.Руководство для начинающих. / Мур М., Притск Т., Риггс К., Сауфвик П. — СПб.:БХВ — Петербург, 2005. — 624 с.
6. Страхарчук А.Я.,Страхарчук В.П. Інформаційні технології в економіці: Навчальний посібник длястудентів вищих навчальних закладів. – К: НМЦ «Укоопосвіта», 1999. –357 с.