Лекция 6.
Обработка информации при помощи ЭВМ развивается по двум направлениям:
· с использованием вычислительных комплексов;
· с использованием вычислительных сетей.
Вычислительные комплексы служат для повышения производительности и надежности обработки информации. Они объединяют несколько ЭВМ, территориально расположенных в одном месте, и делятся на два типа:
· многомашинные комплексы (несколько самостоятельных ЭВМ, в том числе и резервных, объединенных общим управлением);
· многопроцессорные комплексы (несколько процессоров, работающих с одной общей памятью с различными возможными типами доступа к ней ).
Использование вычислительных комплексов позволяет разделить поставленную задачу на несколько подзадач (если это позволяет сама задача) и решать их параллельно.
Вычислительная или компьютерная сеть (КС) – это совокупность ПО и компьютеров, соединенных с помощью каналов связи и специального сетевого оборудования (см. далее) в единую систему для распределённой обработки данных.
Компьютерные сети могут классифицироваться по разным критериям. Например, по территориальному признаку , т.е. по масштабу охвата территории, сети делят на локальные (LAN – Local Area NetWork), региональные (MAN – Metropolia Area NetWork) и глобальные (WAN – Wide Area NetWork):
— локальные сети, как правило, размещаются в одном здании или на территории одного предприятия (примером локальной сети является локальная сеть в учебном классе);
— региональные сети объединяют несколько предприятий или город (примером сетей такого типа является сеть кабельного телевидения);
— глобальные сети охватывают значительную территорию, часто целую страну или континент, и представляют собой объединение сетей меньшего размера (примером глобальной сети является сеть Интернет).
Информация в сети передаётся по каналам связи, которые могут быть:
· кабельными каналами (телефонный кабель, витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель);
Для подключения к сети используется специальное оборудование — устройства сопряжения, предназначенные для согласования сигналов внутреннего интерфейса ЭВМ с сигналами сети:
· модемы (при подключении через телефонную сеть);
· сетевые адаптеры (при подключении к одному каналу);
· мультиплексоры (при подключении к нескольким каналам),
Компьютерные сети используются в следующих целях:
· совместного использования ресурсов (данных, оборудования, программ);
· обеспечения надёжного хранения данных (в разных местах);
· для передачи данных между удалёнными друг от друга пользователями.
Взаимодействие в КС происходит по определенным правилам – протоколам, которые обеспечивают подключение к сети разнотипных ЭВМ с различными ОС.
Основные характеристики компьютерных сетей:
· достоверность передачи информации (ошибок/знак);
· надёжность (среднее время безотказной работы в сетях).
Компьютеры сети могут быть серверами и клиентами (рабочими станциями).
Сервер – компьютер, обеспечивающий пользователей сети ресурсами (оборудованием, данными и программами, выполняющими задания пользователей). Серверы могут быть файловыми ( предназначены для хранения и обработки большого объема данных для всех пользователей), выделенными (на них устанавливается общая сетевая ОС и общие внешние устройства – принтеры, модемы, винчестеры т.п.), а также – одновременно файловыми и выделенными.
Клиент – компьютер, через который пользователь получает доступ к сети.
Компьютеры, объединенные в локальную сеть, физически могут располагаться различным образом. Однако порядок их подсоединения к сети определяется топологией – усредненной геометрической схемой соединений узлов сети.
Наиболее распространенными топологиями локальных сетей, в которых передающей средой является кабель, являются кольцо, шина, звезда (рисунки 14, 15 и 16).
Топология кольцо предусматривает соединение узлов сети замкнутым контуром и используется для построения сетей, занимающих чаще всего сравнительно небольшое пространство. Выход одного узла сети соединяется с входом другого. Информация по кольцу передаются от узла к узлу в одном направлении. Каждый промежуточный узел ретранслирует посланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованное ему послание.
Последовательная организация обслуживания узлов сети снижает ее быстродействие, а выход из строя одного из узлов может привести к нарушению функционирования кольца (при отсутствии дополнительного контура).
При топологии шина узлы подключены к одной передающей линии — шине. Они передают свои сообщения по очереди в режиме распределенного по времени интерфейса. Сообщение от каждого узла распространяется по шине в обе стороны. Оно поступает на все узлы, но принимает его только тот узел, которому оно адресовано. Узлы не ретранслируют сообщение, поэтому выход из строя одного узла не приводит к нарушению функционирования сети. Производительность сети зависит от количества узлов в сети (при увеличении количества узлов она уменьшается), так как в каждый момент времени передачу может вести только один узел.
Рисунок 15 — Топология шина
При топологии звезда все устройства сети связаны с центральным узлом, который ретранслирует, коммутирует и маршрутизирует (находит путь от источника к приёмнику) все передаваемые данные. В качестве центрального узла может выступать либо концентратор ( hub ), который передаёт сообщение широковещательно (на все узлы), а воспринимает его только узел — приёмник, либо — коммутатор (switch), который передаёт сообщение только приёмнику (за счет чего повышается пропускная способность).
Данная топология значительно упрощает взаимодействие узлов сети друг с другом, но в то же время работоспособность локальной вычислительной сети зависит от надежности работы центрального узла.
Рисунок 16 — Топология звезда
При построении реальных вычислительных сетей используются эти топологии, а так же их сочетания.
Сеть Интернет
Сеть Интернет – глобальная компьютерная сеть, точнее — сообщество сетей. В состав его на добровольной основе входят различные региональные и локальные сети. У этого сообщества нет единого центра управления.
Протоколы Интернета можно разделить на два типа:
1) базовые ( обеспечивают физическую передачу сообщений между узлами в сети – протоколы нижнего уровня) :
· протокол TCP — используется для управления передачей данных (регулировка, синхронизация, организация их в виде пакетов);
· протокол IP — используется для определения адресов получателей сообщений;
2) прикладные (обеспечивают функционирование служб сети Интернет – протоколы высокого уровня):
· протокол HTTP – служит для передачи гипертекстовых документов ;
· протокол FTP – используется для передачи файлов ;
· протокол SMTP – используется для передачи электронной почты .
Каждому компьютеру, подключенному к сети Интернет (даже временно), присваивается числовой адрес, называемый IP -адресом . IP -адрес содержит информацию, необходимую для идентификации узла в сети. Он состоит из четырех чисел, разделенных точками.
IP -адрес трудно запоминаем пользователем, поэтому некоторые узлы в сети Интернет имеют символьные DNS -адреса ( Domain Name System – система доменных имен), например, www . site . net . В сети Интернет существуют специальные DNS -серверы, которые по DNS -адресу выдают его IP -адрес. DNS -адрес может иметь произвольную длину, образуется как символьный адрес в локальной сети и включает в себя несколько уровней доменов. Уровни доменов разделяются точками. Самый правый домен – домен верхнего уровня. Чем левее домен, тем ниже его уровень.
Для доступа к ресурсам расположенных в сети компьютеров используется унифицированный указатель ресурса – URL (Uniform Resource Locator). Адрес URL является сетевым расширением понятия полного имени ресурса, например, файла или приложения и пути к нему в ОС. В адресе URL, кроме имени файла и директории, где он находится, указывается сетевое имя компьютера, на котором этот ресурс расположен, и протокол доступа к ресурсу, который можно использовать для обращения к нему. Ресурсы предоставляются только для чтения и копирования.
Информация в сети передается небольшими порциями – пакетами ( группами байт фиксированной длины). Любой Клиент и любой Сервер умеют преобразовывать поток передаваемой информации в набор отдельных пакетов и «склеивать» полученные пакеты обратно в поток информации. Обычно размер пакетов в сети небольшой — от нескольких байт до нескольких килобайт.
Каждый пакет состоит из заголовка и информационной части. Заголовок — это аналог почтового конверта. В заголовке указывается, кому и от кого этот пакет передан — адрес отправителя пакета и адрес получателя, а также иная служебная информация, необходимая для успешной «склейки» пакетов получателем. В информационной части — собственно сама передаваемая информация. Адреса отправителя/получателя в заголовке пакета используется сетевым оборудованием для определения — куда какой пакет отправлять.
Применение пакетной передачи данных позволяет повысить надежность передачи информации и строить сеть таким образом, что маршруты доставки от одной точки сети до другой пакетов информации могут проходить по разным физическим каналам связи и, меняться в зависимости от их работоспособности или загрузки. Это значительно увеличивает «живучесть» сети в целом — даже если часть каналов связи будут неработоспособными, информация все равно может быть доставлена по другим работающим каналам.
Основные популярные сервисы сети Интернет:
· информационный сервис ( www );
· служба передачи файлов ( ftp ).
E — mail предназначена для обмена электронными письмами между пользователями. Она построена по принципу клиент-серверной архитектуры (пользователь работает с клиентской программой, которая взаимодействует с сервером почтового сервиса – mail . ru , gmail . com , yandex . ru , rambler . ru и т.п.). Зарегистрировавшись на сервере, пользователь получает адрес, который имеет следующий формат — @. Используется в почтовой службе SMTP -протокол ( Simple Mail Transfer Protocol – протокол пересылки почты).
WWW -сервис является основной информационной службой Интернета, которая охватывает всю глобальную сеть (« world — wide — web » — «всемирная паутина» ). Информация в сети представляется в виде гипертекстовых документов (созданных с помощью языка HTML ) — web -страниц . Располагаются эти документы на специальных web -серверах .
Совокупность web -страниц, объединённых общей тематикой и связанных гиперссылками, — web -сайт .
Web -сайт широкой тематики, содержащий сотни тысяч страниц и различные дополнительные сервисы (новости, почта, обсуждение, голосование и др.) – портал.
Сайт, содержащий самостоятельно обновляемую пользователем информацию личного характера – блог.
Сайт, на котором можно общаться (и не только в реальном времени) по определённой тематике – форум.
Средство общения в реальном времени – чат.
Для работы в сети пользователю необходима специальная программа-обозреватель – браузер. Браузер ( Internet Explorer , Mozilla , Firefox, Opera , Google Chrome и т.п.) по требованию пользователя обеспечивает запрос информационного ресурса по его URL у web -сервера, на котором он хранится и отображает его содержимое пользователю. При этом используется HTTP -протокол ( HyperText Transfer Protocol – протокол передачи гипертекста) или НТТР S -протокол (HyperText Transfer Protocol Secure) — расширение протокола HTTP , поддерживающее шифрование .
FTP -сервис используется для удобной передачи файлов большого размера (программ, изображений, видеофайлов). Хранятся такие файлы на специальных ftp -серверах, для доступа к которым используются специальные программы, пересылающие файлы по ftp -протоколу ( file transfer protocol – протокол передачи файлов).