Компьютерные сетевые технологии. АРМ специалиста

Материалы к лекции

по дисциплине «Информатика и математика»

Тема 10:              Компьютерные сетевые технологии. АРМ специалиста.

Вопросы:

1.      Понятие информационно - вычислительной сети.

Классификация сетей. Локальные вычислительные сети.

2.      Глобальная компьютерная сеть INTERNET

3.      Автоматизированные рабочие места.

Литература.

1.      Веретенникова Е.Г., Патрушина С.М., Савельева Н.Г. Информатика: Учебное пособие. Серия «Учебный курс», - Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2002. – 416 с.

2.      Гуде С.В., Ревин С.Б. Информационные системы. Учебное пособие.  РЮИ МВД России. 2002.

3.      Информатика и математика для юристов: Учебное пособие для вузов (Гриф МО РФ) / Под ред.проф. Х.А.Андриашина, проф. С.Я.Казанцева – М.:Юнити-Дана, 2002.- 463 с.

4.      Информатика и вычислительная техника в деятельности органов внутренних дел. Учебное пособие под ред. проф. Минаева. М.: УМЦ при ГУК МВД РФ, 1995. – 48 с.

5.      Информатика и математика для юристов: Учебное пособие для вузов (Гриф МО РФ) / Под ред.проф. Х.А.Андриашина, проф. С.Я.Казанцева – М.:Юнити-Дана, 2002.- 463 с.

6.      Информатика и математика: Учебник / Под ред. Д.В. Захарова

7.      Информатика: Учебник (Гриф МО РФ) / Каймин В.А.,2-е изд. перераб. И доп.- М: Инфра-М., 2002.- 272 с.

8.      Информатика: Учебник (Гриф МО РФ) / Под ред. Н.В.Макаровой, 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика, 2001.- 768 с.

9.      Информатика: Учебник для вузов (Гриф МО РФ) / Острейковский В.А., М: Высшая школа, 2001.- 511 с.

10. Информатика: Учебник для вузов / Козырев А.А.- СПб: издательство Михайлова В.А., 2002.- 511 с.

11. Математика и информатика / Турецкий В.Я. – 3-е изд., испр. И доп. – М.: Инфра-М, 2000.- 560 с.

12. О.Э. Згадзай, С.Я.Казанцев, А.В.Филиппов. Информатика и математика. Учебник. – М.: ИМЦЙ ГУК МВД Росси, 2002. – 348 с.

13. Основы информатики и математики для юристов. В 2-х томах: краткий курс в таблицах, схемах и примерах. Учебник / Богатов Д.Ф., Богатов Ф.Г.- М.: Приор, 2000.- 144 с., 166 с.

14. Фундаментальные основы информатики: социальная информатика.: Учебное пособие для вузов / Колин К.К. – М.: Академ.проект: Деловая книга Екатеринбург, 2000.- 350 с.

1. Понятие информационно - вычислительной сети. Классификация сетей. Локальные вычислительные сети.

Информационно-вычислительная сеть (ИВС) – два или более компьютеров, соединенных посредством каналов передачи данных (линий проводной или радиосвязи, линий оптической связи) с целью объединения ресурсов и обмена информацией.

Под ресурсами понимаются аппаратные средства и программные средства.

Соединение компьютеров в сеть обеспечивает следующие основные возможности:

      Объединение ресурсов – возможность резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных из них с целью быстрого восстановления нормальной работы сети;

      Разделение ресурсов – возможность стабилизировать и повысить уровень загрузки компьютеров и дорогостоящего периферийного оборудования, управлять периферийными устройствами;

      Разделение данных – возможность создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти отдельных компьютеров, и управлять ими с периферийных рабочих мест;

      Разделение программных средств – возможность совместного использования программных средств;

      Разделение вычислительных ресурсов – возможность организовать параллельную обработку данных; используя для обработки данных другие системы, входящие в сеть;

      Многопользовательский режим.

Вычислительные сети классифицируют по различным признакам:

а) по территории

Локальные вычислительные сети (ЛВС) охватывают небольшие территории диаметром до 5-10 км внутри отдельных контор (офисов), бирж, банков, учреждений, ВУЗов, научно-исследовательских организаций и т.п. При помощи общего канала связи ЛВС может объединять от десятков до сотен абонентских узлов, включающих персональные компьютеры, внешние запоминающие устройства, дисплеи и др.

Региональные и глобальные ИВС образуются путем объединения локальных ИВС на отдельных территориях или по всей планете. Наиболее крупной глобальной компьютерной сетью является сеть INTERNET.

б) по способу управления

Сети с централизованным управлением, в которых выделяется одна или несколько машин, управляющих процессом обмена данных по сети. Эти машины называются серверами. Остальные компьютеры называются рабочими станциями. Рабочие станции имеют доступ к дискам сервера и совместно используемым принтерам, однако с рабочей станции нельзя работать с дисками других рабочих станций и для обмена данными пользователи вынуждены использовать диски сервера.

Децентрализованные (одноранговые) сети не содержат в своем составе выделенных серверов. Функции управления сетью передаются по очереди от одной рабочей станции к другой. Как правило, рабочие станции имеют доступ к дискам и принтерам других рабочих станций.

в) по характеру выполняемых функций:

-      вычислительные;

-      информационные.

г) по составу вычислительных средств:

-      однородные – объединяют однородные вычислительные средства;

-      неоднородные – объединяют различные вычислительные средства.

д) по типу организации передачи данных:

-      коммутация каналов;

-      коммутация сообщений;

-      коммутация пакетов.

Соединение компьютера через телефонную линию осуществляется с помощью модема. Телефонная линия предназначена для передачи только аналоговых звуковых сигналов. Чтобы передать по ней цифровые импульсы, их нужно промодулировать, то есть преобразовать в колебания звуковой частоты.

Локальной вычислительной сетью (ЛВС) называют совместное подключение нескольких отдельных компьютеров к единому каналу передачи данных. Понятие ЛВС относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным комплексам, в которых несколько компьютерных систем связаны между собой с помощью соответствующих средств коммуникаций.

ЛВС предоставляет возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями, а также возможность взаимодействия с другими рабочими станциями, подключенными к сети. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.

Важнейшей характеристикой ЛВС является скорость передачи информации. В идеале, при посылке и получении данных через сеть время отклика должно быть почти таким же, как если бы они были получены от ПК пользователя, а не из другого места сети. Это требует передачи данных со скоростью 10 Мбит/с и выше. Реально достигаются следующие скорости:

      Коаксиальный кабель – 10  50 Мбод;

      Витая пара – до 10 Мбод;

      Специальная витая пара 5 категории – до 100 Мбод;

      Оптическое волокно — до 1Гбод;

      Телефонная линия — от 2400 бод до 56 кбод;

      Спутник 10000 компьютеров одновременно и скорость около 1 Мбод.

Основные компоненты, из которых строится сеть:

передающая среда – коаксиальный кабель, телефонный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, радиоэфир и др.;

рабочие станции – ПК, АРМ или собственно сетевая станция. Если рабочая станция подключена к сети, для нее могут не потребоваться ни винчестер, ни флоппи-диски. Однако, в этом случае необходим сетевой адаптер – специальное устройство для дистанционной загрузки операционной системы из сети;

платы интерфейса – сетевые платы для организации взаимодействия рабочих станций с сетью;

серверы – отдельные компьютеры с программным обеспечением, выполняющие функции управления сетевыми ресурсами общего доступа;

сетевое программное обеспечение.

Топология, т.е. конфигурация соединения элементов в ЛВС, привлекает к себе внимание в большей степени, чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именно топология во многом определяет самые важные свойства сети, такие, например, как надежность и производительность.

Звездообразная топология.

Топология сети в виде звезды с активным центром унаследована из области мэйнфреймов, где головная машина получает и обрабатывает все данные с терминальных устройств как активный узел обработки данных. Вся информация между периферийными рабочими станциями проходит через центральный узел вычислительной сети.

Кабельное соединение топологии относительно простое, постольку поскольку каждая рабочая станция связана с центральным узлом, однако затраты на прокладку линий связи высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

Звездообразная топология при хорошей производительности центрального узла является одной из наиболее быстродействующих топологий ЛВС, поскольку передача информации между рабочими станциями происходит по выделенным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов на передачу информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с другими топологиями.

Рис 1. Топология в виде звезды

Производительность ЛВС звездообразной топологии в первую очередь определяется параметрами центрального узла, который выступает в качестве сервера сети. Он может оказаться узким местом сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа сети в целом.

Кольцевая топология.

В кольцевой топологии сети рабочие станции ЛВС связаны между собой по кругу. Последняя рабочая станция связана с первой, т.е. коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка линий связи между рабочими станциями может оказаться довольно дорогостоящей, особенно если территориально рабочие станции расположены далеко от основного кольца.

Сообщения в кольце ЛВС циркулируют по кругу. Рабочая станция посылает по определенному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Передача информации оказывается достаточно эффективной, так как сообщения можно отправлять одно за другим. Так, например, можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в ЛВС.

Рис. 2. Кольцевая топология

Главная проблема кольцевой топологии состоит в том, что каждая рабочая станция должна участвовать в передаче информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельной системе локализуются легко.

Шинная топология

В ЛВС с шинной топологией основная передающая среда (шина) – общая для всех рабочих станций. Функционирование ЛВС не зависит от состояния отдельной рабочей станции, т.е. рабочие станции в любое время могут быть подключены к шине или отключены от нее без нарушения работы сети в целом.

Рис. 3. Шинная топология

Однако в простейшей сети Ethernet с шинной топологией в качестве передающей среды используется тонкий Ethernet-кабель с тройниковым соединителем (T-коннектором), поэтому расширение такой сети требует разрыва шины, что приводит к нарушению функционирования сети. Более дорогостоящие решения предполагают установку вместо T-коннекторов пассивных штепсельных коробок.

Поскольку расширение ЛВС с шинной топологией можно проводить без прерывания сетевых процессов и разрыва коммуникационной среды, отвод информации из ЛВС и, соответственно, прослушивание информации осуществляются достаточно легко, вследствие чего защищенность такой ЛВС низкая.

Древовидная топология.

Образуется путем различных комбинаций рассмотренных выше топологий ЛВС. Основание дерева (корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии (ветви дерева).

Сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур. Для подключения рабочих станций применяют устройства, называемые концентраторами.

Существует две разновидности таких устройств. Устройства, к которым можно подключить максимум три станции, называют пассивными концентраторами. Для подключения большего количества устройств необходимы активные концентраторы с возможностью усиления сигнала.

Типы построения ЛВС по методам передачи информации.

Сеть Token Ring

Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяются неэкранированная или экранированная витая пара или оптоволокно. Скорость передачи данных от 4 Мбит/с до 16Мбит/с. В качестве метода управления доступом рабочих станций к передающей среде используется маркерное кольцо (Тоken Ring). При подключении устройств применяют кольцевую топологию.

Локальная сеть Arknet.

1.   Arknet (Attached Resource Computer NETWork) – простая, недорогая, надежная и гибкая архитектура ЛВС. Разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на Аrcnet приобрела корпорация SМС (Standard Microsistem Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей Аrcnet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных составляет 2,5 Мбит/с. При подключении устройств в применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде – маркерная шина (Тоken Bus).