33. Основы компьютерной коммуникации. Принципы построения и основные топологии вычислительных сетей, коммуникационное оборудование
Появление персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации системы обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникла потребность перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных.
Распределенная обработка данных — это обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.
Компьютерная (вычислительная) сеть — это совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.
Абонентами сети (т. е. объектами, генерирующими или потребляющими информацию в сети) могут быть отдельные компьютеры, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т. д.
В зависимости от территориального расположения абонентов компьютерные сети делятся на:
- глобальные — вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Глобальные вычислительные сети позволяют решить проолему объединения информационных ресурсов человечества и организации доступа к этим ресурсам;
- региональные — вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов большого города, экономического региона, отдельной страны;
- локальные — вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. К классу локальных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, офисов и т. д.
- хранение данных;
- обработка данных;
- организация доступа пользователей к данным;
- передача данных и результатов их обработки пользователям.
- Шина. Канал связи, объединяющий узлы в сеть, образует ломаную линию — шину. Любой узел может принимать информацию в любое время, а передавать — только тогда, когда шина свободна. Данные (сигналы) передаются компьютером на шину. Каждый компьютер проверяет их, определяя, кому адресована информация, и принимает данные, если они посланы ему, либо игнорирует. Если компьютеры расположены близко друг друга, то организация КС с шинной топологией недорога и проста — необходимо просто проложить кабель от одного компьютера к другому. Затухание сигнала с увеличением расстояния ограничивает длину шины и, следовательно, число компьютеров, подключенных к ней. Проблемы шинной топологи возникают, когда происходит разрыв (нарушение контактов) в любой точке страны; сетевой адаптер одного из компьютеров выходит из строя и начинает передавать на шину сигналы с помехами; необходимо подключить новый компьютер.
- Кольцо. Узлы объединены в сеть замкнутой кривой. Передача данных осуществляется только в одном нийравлении. Каждый узел помимо всего прочего реализует функции ретранслятора. Он принимает и передает сообщения, а воспринимает только обращенные к нему. Используя кольцевую топологию, можно присоединить к сети большое количество узлов, решив проблемы помех и затухания сигнала средствами сетевой платы каждого узла. Недостатки кольцевой организации: разрыв в любом месте кольца прекращает работу всей сети; время пере-рачи сообщения определяется временем последовательного срабатывания каждого узла, находящегося между рггправителем и получателем сообщения; из-за прохождения данных через каждый узел существует возможность непреднамеренного искажения информации.
- Звезда. Узлы сети объединены с центром лучами. Вся информация передается через центр, что позволяет относительно просто выполнять поиск неисправностей и добавлять новые узлы без прерывания работы сети. Однако расходы на организацию каналов связи здесь обычно выше, чем у шины и кольца. Комбинация базовых топологий — гибридная топология — обеспечивает получение широкого спектра решений, аккумулирующих достоинства и недостатки базовых.
4. Топология компьютерных сетей
Смешанная топология, которая используется в большинстве компьютерных сетей, строится на основе комбинации стандартных, например, несколько «звезд» объединяются «общей шиной».
5. Модель компьютерной сети
Модель сети предназначена для стандартизации подходов к разработке компьютерных сетей и унификации процесса передачи и приема данных. Первая версия модели была разработана в 1977 г. под названием Базовая модель взаимодействия открытых систем или семиуровневая модель OSI (Open System Interconnection). Доработанная в 1984 г. модель OSI была утверждена на уровне международного стандарта.
Модель OSI основана на уровневых протоколах, что позволяет упростить программу сложной сети путем её деления на простые части (уровни), ввести стандартные интерфейсы на каждом уровне и использовать общий язык для взаимопонимания разработчиков.
Для любого узла сети вводится 7 уровней обработки сообщения: прикладной, представления данных, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный, физический. За каждым уровнем закреплена вполне определенная функция обработки и внесения соответствующих служебных данных. Например, на прикладном уровне определяется протокол передаваемых данных, а на физическом происходит преобразование закодированного сообщения в электрические импульсы. Таким образом, в процессе отправки полезная информация последовательно обрабатывается на всех уровнях и обрастает служебными данными, а при получении – освобождается от служебных данных, проходя уровни в обратном порядке.
Существование модели компьютерной сети упрощает процесс передачи данных между существующими сетями и обеспечивает возможность подключения новых сетей к глобальной системе.
Лекция 16. Глобальная компьютерная сеть Интернет
1. Определение сети Интернет
Интернет относится к глобальным компьютерным сетям. В топологии Интернета основной элементарной единицей является локальная сеть, поэтому Интернет иногда называют сетью сетей или Всемирной паутиной. С понятием Интернет тесно связано английское слово web – сеть, сплетение, паутина, от которого происходит сетевая терминология, например, веб-дизайн, веб-сайт, веб-камера.
Интернет – всемирная компьютерная сеть, состоящая из разнообразных компьютерных сетей, объединенных стандартными соглашениями о способах обмена информацией (протоколами) и единой системой адресации.
Топология Интернет аналогична сети транспортных магистралей, схема которых изображается на карте автомобильных или железных дорог. Используя аналогию, транспортные магистрали можно представить как каналы связи между сетями, почтовые адреса как систему адресации глобальной сети, а правила перевозки как протоколы обмена данными.
2. История Всемирной паутины
В истории сети Интернет выделяется 3 основные периода: этап экспериментальных работ, этап становления, этап коммерческого применения и совершенствования
Этап экспериментальных работ (60-70-е годы), выполненный в США с целью проверки основных теоретических предположений, включает:
- создание первой компьютерной сети под названием ARPANET (ARPA – Департамент техники обработки информации Министерства обороны США) в 1969 году;
- разработку и демонстрацию сети с большим количеством компьютеров, в том числе, с подключенными иностранными узлами;
- демонстрацию в 1977 году возможности объединения четырех различных компьютерных сетей.
- первое появление термина «Интернет» (1982 г.);
- перевод в 1982 г. сети ARPANET на протокол межсетевого взаимодействия TCP/IP;
- объединение 5 компьютерных центров США в новую сеть под название NSFNET с увеличением числа компьютеров в этой сети к 1989 году до 100 тыс. шт.
- разработку в 1989 г. технологии публикации гипертекстовых документов; автором разработки был инженер Церна Тим Бернес-Ли, создавший сетевой протокол HTTP, язык разметки сетевых документов HTML, систему адресации URL, которые со временем стали основой Всемирной паутины;
- реализацию в 1991 г. протокола WWW (World Wide Web) и создание первого сайта, который был посвящен описанию устройства сети Интернет;
- создание в 1994 г. Консорциума Всемирной паутины (W3C) для разработки и внедрения технологических стандартов Интернета;
- мощное развитие глобальной сети во второй половине 90-х, включающее появление сетевой операционной системы Windows 95, массовую разработку корпоративных сайтов, появление электронной коммерции и Интернет-магазинов.