Теория компьютеров и вычислительных сетей

Раздел 3. Основы сетевых технологий

«История любой отрасли науки или техники позволяет не только удовлетворить естественное любопытство, но и глубже понять сущность основных достижений в этой отрасли, а также выявить тенденции и правильно оценить перспективность тех или иных направлений развития»

Сети передачи данных

Сети передачи данных (вычислительные, компьютерные сети) — результат эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации:

• компьютерных технологий
• телекоммуникационных технологий

1. Сети передачи данных — частный случай распределенных вычислительных систем:

• группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме.

1. Компьютерные сети — средство передачи информации на большие расстояния:

• применяются методы кодирования и мультиплексирования данных (как в телекоммуникационных системах)

Компьютерная сеть — это:

• совокупность компьютеров,
• связь посредством коммуникационной системы,
• программное обеспечение предоставляет пользователям доступ к ресурсам компьютеров;

Сеть образована компьютерами разных типов:

• небольшие микропроцессоры,
• рабочие станции,
• мини-компьютеры,
• персональные компьютеры,
• суперкомпьютеры.

Передача сообщений между любой парой компьютеров сети обеспечивается коммуникационной системой:

• повторители,
• коммутаторы,
• маршрутизаторы и др.;

Компьютерная сеть позволяет пользователю:

• работать со своим компьютером, как с автономным,
• пользоваться информационными и аппаратными ресурсам других компьютеров сети

Эволюция сетей‏Этап 1. Появление первых ЭВМ:

• ламповые вычислительные устройства,
• проектирование, эксплуатация, программирование – функции одного коллектива разработчиков;
• программирование на машинном языке;
• отсутствие системного программного обеспечения;
• библиотек математических и служебных подпрограмм
• организация вычислительного процесса вручную с пульта управления.

Этап 2. Появление ВМ на полупроводниковых элементах (середина 50-х голов):

• выросло быстродействие процессоров, увеличились объемы оперативной и внешней памяти,
• первые алгоритмические языки,
• новый тип системного программного обеспечения — трансляторы

• системные управляющие программы — мониторы для автоматизированной организации вычислительного процесса – прообраз операционной системы

Язык управления заданиями для монитора:

• определялась последовательность действий при обработке данных:
  • признак начала отдельной работы,
  • вызов транслятора,
  • вызов загрузчика,
  • признаки начала и конца исходных данных

Монитор:

• автоматически выполнял пакет заданий.
• самостоятельно обрабатывал типовые аварийные ситуации:
  • отсутствие исходных данных,
  • переполнение регистров,
  • деление на ноль,
  • обращение к несуществующей области памяти и т. д.

Этап 3. Появление ВМ на ИС (1965–1975 годы)

• Появились все основные механизмы, присущие современным ОС:
  • мультипрограммирование,
  • мультипроцессирование,
  • поддержка многотерминального многопользовательского режима,
  • виртуальная память,
  • файловые системы,
  • разграничение доступа и сетевая работа
• Системное программирование превращается в отрасль индустрии,.
• Развивается мультипрограммирование:
  • способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера находится одновременно несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре,
  • реализовано в двух вариантах:
    • пакетная обработка;
    • разделение времени.

Системы пакетной обработки:

• для решения вычислительных задач
• главный критерий эффективности — пропускная способность, Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используется следующая схема функционирования

Системы пакетной обработки: схема функционирования Системы пакетной обработки:

• в пакет включаются задачи, требующие разных ресурсов
• достигается сбалансированная нагрузка
• переключение процессора с одной задачи на другую происходит по инициативе активной задачи (может занять процессор надолго)
• изоляция пользователя-программиста от процесса выполнения задания
• пользователь получает результат после обработки всего пакета заданий

Системы разделения времени:

• критерий эффективности — удобство и эффективность работы пользователя
• меньшая пропускная способность
• снижение производительности из-за частого переключение процессора с задачи на задачу
• пользователям предоставляется возможность интерактивной работы с несколькими приложениями
• приложениям попеременно выделяется квант процессорного времени, пользователи поддерживают с ними диалог

Многотерминальные системы:

• терминалы вышли за пределы вычислительного центра, рассредоточились по предприятию.
• появились системы удаленного ввода заданий:
  • пользователи формировали свои задания и управляли их выполнением со своего терминала.

Многотерминальные системы:

• терминалы соединялись с процессором с помощью:
  • модемных соединений телефонных сетей,
  • выделенных каналов.
• в операционных системах появились специальные модули протоколов связи
• вычислительные системы с удаленными терминалами и централизованной обработкой данных явились прообразом современных компьютерных сетей
• системное программное обеспечение — прообраз сетевых операционных систем.

Многотерминальная системаМноготерминальные системы :

• централизованная обработка данных
• внешние признаки локальных вычислительных сетей,
• пользователь работал за терминалом мэйнфрейма так же, как сейчас за персональным компьютером-клиентом:
  • доступ к общим файлам и периферийным устройствам,
  • иллюзия единоличного владения компьютером,
  • запуск нужной программы и оперативное получение результата.

Этап 4. Глобальные сети (конец 60-х годов) Реализовано взаимодействие мэйнфреймов и суперкомпьютеров:

• глобальные связи,
• техника коммутации

Разработаны средства обмена данными между компьютерами в автоматическом режиме:

• службы обмена файлами,
• синхронизации баз данных,
• электронная почта,
• другие сетевые службы.

В 1969 году создана сеть ARPANET — отправная точка Internet:

• компьютеры разных типов,
• различные ОС,
• дополнительные модули ОС, реализующие единые коммуникационные протоколы

Такие ОС можно считать первыми сетевыми операционными системами. Сетевые ОС позволяли:

• рассредоточить пользователей,
• организовать распределенное хранение и обработку данных между несколькими компьютерами,
• выполнять все функции локальной операционной системы,
• взаимодействовать по сети с операционными системами других компьютеров.

Первыми появились глобальные сети (Wide Area Networks, WAN):

• объединяли территориально рассредоточенные компьютеры,
• реализовывали основные концепции современных вычислительных сетей:
  • многоуровневое построение коммуникационных протоколов,
  • технология коммутации пакетов,
  • маршрутизация пакетов в составных сетях

Глобальные компьютерные сети — наследники глобальных телефонных сетей:

• отказ от принципа коммутации каналов, присущего телефонным сетям:
  • на время сеанса связи выделялся составной канал с постоянной скоростью
• особенность трафика компьютерных данных – пульсация , т.е. Чередование интенсивного обмена и продолжительных пауз.
• для компьютерного трафика подходит принцип коммутации пакетов
  • данные разделяются на небольшие пакеты,
  • пакеты самостоятельно перемещаются по сети за счет встраивания адреса конечного узла в заголовок пакета.

В первых глобальных сетях использовались существующие каналы связи:

• телефонные каналы тональной частоты (в каждый момент времени ведется передача одного разговора в аналоговой форме),
• очень низкая скорость передачи,
• значительные искажения сигнала,
• основные сервисы таких глобальных сетей:
  • передача файлов в фоновом режиме,
  • передача электронной почты.

С конца 60-х годов в телефонных сетях:

• передача голоса в цифровой форме,
• высокоскоростные цифровые каналы,
• одновременная передача сотни разговоров.

Разработана специальная технология плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH) для опорных сетей.

• скорость передачи до 140 Мбит/с,
• внутренняя технология телефонных компаний.
• С конца 80-х годов — технология синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH):
  • скорости цифровых каналов до 10 Гбит/c,
• Технология спектрального мультиплексирования DWDM (Dense Wave Division Multiplexing):
  • Скорость до сотен гигабит и даже нескольких терабит в секунду.

Этап 5. Локальные сети (начало 70-х годов) Технологический прорыв в области производства компьютерных компонентов — появились большие интегральные схемы (БИС):

• создание мини-компьютеров -реальных конкурентов мэйнфреймов
• концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию
• НО! все компьютеры работали автономно

Автономная работа компьютеров предприятия

• Появилась потребность обмена данными с другими близко расположенными компьютерами.
• Соединение мини-компьютеров и разработка программного обеспечения для взаимодействия
• Появились первые локальные вычислительные сети

Связи компьютеров в первых локальных сетях Этап 6.Стандартные технологии сетей — Ethernet, Arcnet, Token Ring (середина 80-х годов) Появились персональные компьютеры – идеальные элементы для сетей:

• достаточно мощные для работы сетевого программного обеспечения,
• нуждались в объединении вычислительной мощности для решения сложных задач,
• потребность разделения дорогих периферийных устройств и дисковых массивов,
• стали играть роль клиентских мест и серверов.

Для создания сети:

• приобрести сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet,
• приобрести стандартный кабель,
• присоединить адаптеры к кабелю стандартными разъемами
• установить на компьютер одну из популярных сетевых операционных систем, например, NetWare.
• сеть начинала работать

Новые способы организации работы пользователей:

• удобный доступ к разделяемым ресурсам:
  • просмотр списков ресурсов без запоминания их идентификаторов
  • после соединения с удаленным ресурсом можно работать с ним теми же командами
• качественные кабельные линии связи, на которых даже сетевые адаптеры первого поколения обеспечивали скорость передачи данных до 10 Мбит/с.

Источник

Создание, обслуживание и администрирование компьютерных сетей.

Данная книга содержит всю необходимую информацию о проектировании и создании сетей различных типов и режимах их работы, а также обо всех тонкостях обслуживания и администрирования сетей.

Освойте организацию сетей на 100% с помощью этого максимально подробного и доступного практического руководства.

На сегодня компьютеризация достигла такого уровня, что обойтись без них никак нельзя. Истории развития компьютеров началась с появлением локальных сетей, которые позволяют объединять компьютеры между собой.

Именно локальная сеть подняла функциональность компьютера на невиданную до сих пор высоту. Даже один компьютер способен выполнять огромное количество операций, тем самым позволяя обрабатывать большое количество данных и выдавать требуемый результат.

А представьте себе, что можно сделать с помощью тысячи компьютеров, объединенных в одну сеть! Это дает возможности для выполнения таких заданий, на решение которых раньше уходили годы и были задействованы тысячи людей.

Даже если не «копать» так глубоко, преимущества использования локальных сетей очевидны: общее использование ресурсов, баз данных, общение, Интернет и многое другое.

Сегодня существует большое количество способов объединения компьютеров в локальную сеть. Разного размера проводные и беспроводные локальные сети сотнями появляются каждый день.

При этом если большие корпоративные сети требуют соответствующих знаний и уровня подготовки для их создания, то небольшие офисные и тем более домашние сети могут создавать простые пользователи.

Главное при этом – достаточный уровень знаний и желание добиться результата. Что касается желания, то это зависит только от вас. А вот в первом вопросе вам поможет книга, которую вы держите в руках.

В ней собрано все необходимое для того, чтобы изучить принцип функционирования сетей и применить эти знания на практике. Дело остается только за малым: требуется ваше желание.

Источник