17.1 Основные сведения о компьютерных сетях. Локальные и глобальные сети эвм.
17.1.1 Преимущества использования локальных сетей в решении прикладных задач обработки данных
Компьютерная сеть (англ. Computer NetWork, от net – сеть и work – работа) – совокупность компьютеров, соединенных с помощью каналов связи и средств коммутации в единую систему для обмена сообщениями и доступа пользователей к программным, техническим, информационным и организационным ресурсам сети.
Кроме термина компьютерная сеть используется также понятие вычислительная сеть. Это – вычислительный комплекс, включающий территориально распределенную систему компьютеров и их терминалов, объединенных в единую систему. Вычислительная сеть состоит из трех компонентов:
сети передачи данных, включающей в себя каналы передачи данных и средства коммутации;
компьютеров, связанных сетью передачи данных;
сетевого программного обеспечения.
Компьютерные сети представляют собой вариант сотрудничества людей и компьютеров, обеспечивающего ускорение доставки и обработки информации. Объединять компьютеры в сети начали более 30 назад. Когда возможности компьютеров выросли и ПК стали доступны каждому, развитие сетей значительно ускорилось.
Объединение в один комплекс компьютеров, аппаратуры связи и каналов передачи данных предъявляет специфические требования со стороны каждого элемента вычислительной сети и требует формирования специальной терминологии.
Абоненты сети – объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети. Абонентами сети могут быть отдельные компьютеры, компьютерные комплексы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т. д. Станция – аппаратура, которая выполняет функции передачи и приема информации.
Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая среда передачи.
Средой передачи (физической) называют собственно среду распространения и/или волноведущую (направляющую) систему, по которой сигнал – электромагнитная волна – распространяется от передатчика к приемнику. В качестве среды передачи данных в компьютерных сетях используются различные виды кабелей, телефонные линии , радиоканалы, каналы спутниковой связи.
Любая коммуникационная сеть, одной из разновидностей которой является компьютерная сеть, должна включать следующие основные компоненты: передатчик, сообщение, канал связи средства передачи, приемник.
Передатчик – устройство, являющееся источником данных. В компьютерных сетях передатчиком обычно является компьютер.
Приемник – устройство, принимающее данные. Приемником могут быть компьютер, терминал или какое-либо цифровое устройство.
Сообщение – цифровые данные определенного формата, предназначенные для передачи. Это может быть файл базы данных, таблица, ответ на запрос, текст, звук или изображение.
Средства передачи – физическая передающая среда и специальная аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений.
Канал связи – среда передачи сигналов между двумя устройствами активного оборудования, включающая линию, абонентские и сетевые кабели.
Соединенные в сеть компьютеры обмениваются сообщениями и совместно используют среду передачи данных, периферийное оборудование и устройства хранения информации.
Преимущества соединения компьютеров в сеть
До появления сетей работа пользователей велась изолированно, т.е. для передачи данных использовались носители информации. Однако это накладывало существенные ограничения на объемы обрабатываемой информации и скорость ее обработки. Возможность соединения компьютеров в сеть позволила сделать процесс обработки данных значительно более эффективным благодаря следующим преимуществам компьютерных сетей:
1. Компьютерная сеть позволяет совместно использовать периферийные устройства, включая:
2. Компьютерная сеть позволяет совместно использовать информационные ресурсы:
текстовые процессоры и т. д.
3. Компьютерная сеть позволяет работать с многопользовательскими программами, обеспечивающими одновременный доступ всех пользователей к общим базам данных с блокировкой файлов и записей, обеспечивающей целостность данных.
4. Любые программы, разработанные для стандартных компьютерных сетей, можно использовать в любой сети.
Сетевой трафик – это поток информации, передаваемый по сети. Трафик кроме полезной информации включает и служебную, необходимую для организации взаимодействия узлов сети.
Скорость передачи данных в сети определяется количеством информации, проходящей через линию связи за единицу времени. Для ее измерения в технике введена специальная величина – бит в секунду, но поскольку эта величина очень мала, то обычно используются величины Мбит/сек (мегабит в секунду) или Гб/сек. Скорость передачи данных зависит от типа и качества канала связи, типа используемого оборудования и др. На практике максимальное быстродействие сети никогда не достигается. Фактически сеть не может работать быстрее, чем самая медленная ее компонента.
Для пользователей сетей значение имеют не абстрактные биты в секунду, а информация, единицей измерения которой служат байты или знаки. Поэтому более удобной характеристикой канала является его пропускная способность, которая оценивается количеством знаков, передаваемых по каналу вза единице времени – секунду. Теоретическая пропускная способ определяется скоростью передачи данных. Реальная пропускная способность зависит от ряда факторов, среди которых и способ передачи, и качество канала связи, и условия его эксплуатации.
Производительность сети определяется как общее количество неструктурированной информации, пропускаемой оборудованием за единицу времени (бит/сек).
Для характеристики обмена сообщениями в компьютерной сети по каналам связи используются следующие понятия: тип синхронизации, режим передачи, способ коммутации данных.
Асинхронная передача – способ передачи данных, при котором информация посылается поблочно с произвольными временными интервалами. Общий для передающей и принимающей стороны таймер не используется (он давал бы им возможность разделять данные на отдельные блоки, основываясь на точных временных интервалах). Поэтому каждый передаваемый блок содержит некоторое число битов данных, которые предваряются стартовым битом и завершаются необязательным битом четности и одним, полутора или двумя стоповыми битами (концевиками).
Синхронная передача базируется на согласовании таймеров передающего и принимающего устройства. При этом происходит разделение групп битов и передача их по блокам, которые называются кадрами. Для начала синхронизации и периодической проверки ее точности используются специальные символы. Поскольку биты посылаются в синхронизированном виде, необходимость в стартовом и стоповых битах отпадает. Передача прекращается по окончании блока и начинается при поступлении нового. Такой старт-стоповый подход гораздо эффективнее, чем асинхронная передача. Обнаружив ошибку, схема определения и исправления ошибок просто запрашивает повторную передачу. Для синхронной передачи используется более сложное оборудование, поэтому она обходится дороже, чем асинхронная.
Существует три режима передачи данных в сети
1. Симплексный – передача данных только в одном направлении.
2. Дуплексный – одновременная передача и прием сообщений.
3. Полудуплексный – попеременная передача информации, когда источник и приемник последовательно меняются местами.
Наиболее скоростным и эффективным режимом работы для компьютерных сетей является дуплексный режим передачи данных.
Коммутация данных – это передача данных, при которой канал передачи данных может попеременно использоваться для обмена информацией между различными узлами сети. Альтернативой является некоммутируемый канал, когда канал закрепляется за абонентом сети (выделенные линии).