Опорный конспект. Компьютерные сети и телекоммуникации (стр. 1 )

Опорный конспект

Компьютерные сети и телекоммуникации

Тема 1.

Введение

Вычислительная сеть — это совокупность компьютеров, соединенных линия­ми связи. Линии связи образованы кабелями, сетевыми адаптерами и други­ми коммуникационными устройствами. Все сетевое оборудование работает под управлением системного и прикладного программного обеспечения.

Вычислительные сети стали логическим результатом эволюции компьютер­ных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, они являются частным случаем распределенных вычислительных систем, а с другой сторо­ны, могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплек­сирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникацион­ных системах.

Классифицируя сети по территориальному признаку, различают глобальные (WAN), локальные (LAN) и городские (MAN) сети.

Хронологически первыми появились глобальные сети. Они объединяют ком­пьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров. Тради­ционные глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от теле­фонных сетей. В основном они предназначены для передачи данных. В них часто используются уже существующие не очень качественные линии связи, что приводит к более низким, чем в локальных сетях, скоростям передачи данных и ограничивает набор предоставляемых услуг передачей файлов, пре­имущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием элек­тронной почты.

Локальные сети сосредоточены на территории не более 1-2 км; построены с использованием дорогих высококачественных линий связи, которые позво­ляют, применяя более простые методы передачи данных, чем в глобальных сетях, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. Предоставляемые услуги отличаются широким разнообразием и обычно пре­дусматривают реализацию в режиме подключения (on-line).

Важнейший этап в развитии сетей — появление стандартных сетевых тех­нологий: Ethernet, FDDI, Token Ring, позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов.

В конце 80-х годов локальные и глобальные сети имели существенные отли­чия по протяженности и качеству линий связи, сложности методов передачи данных, скорости обмена данными, разнообразию услуг и масштабируемости.

В дальнейшем в результате тесной интеграции локальных и глобальных сетей произошло взаимопроникновение соответствующих технологий.

Одним из проявлений сближения локальных и глобальных сетей является появление сетей масштаба большого города, занимающих промежуточное по­ложение между локальными и глобальными сетями. Городские сети (MAN) предназначены для обслуживания территории крупного города. При доста­точно больших расстояниях между узлами (десятки километров) они облада­ют качественными линиями связи и высокими скоростями обмена, иногда даже более высокими, чем в традиционных локальных сетях. MAN обеспечи­вают экономичное соединение локальных сетей между собой, а также выход в глобальные сети.

Тенденция сближения различных типов сетей характерна не только для ло­кальных и глобальных компьютерных сетей, но и для телекоммуникацион­ных сетей других типов. К телекоммуникационным сетям, кроме компьютер­ных, относятся телефонные сети, радиосети и телевизионные сети.

Телефонные сети оказывают интерактивные услуги (interactive services), так как два абонента, участвующие в разговоре (или несколько абонентов, если это конференция), попеременно проявляют активность.

Радиосети и телевизионные сети оказывают широковещательные услуги (broad­cast services), при этом информация распространяется только в одну сторону - из сети к абонентам, по схеме «один ко многим» (point-to-multipoint).

В настоящее время ведутся активные работы по созданию универсальных мультисервисных сетей, способных совмещать передачу голоса и данных.

Компьютерные сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выпол­няет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. Наряду с компьютерными сетями к распределенным системам отно­сят также мультипроцессорные компьютеры и многомашинные вычислитель­ные комплексы.

В мультипроцессорных компьютерах имеется несколько процессоров, каж­дый из которых может независимо от остальных обращаться к общей памяти и выполнять собственную программу. Все периферийные устройства являют­ся для всех процессоров мультипроцессорной системы общими. В мульти­процессоре существует общая для всех процессоров операционная система, которая распределяет вычислительную нагрузку между процессорами. Муль­типроцессору не свойственна территориальная распределенность — все его блоки располагаются в одном или нескольких близко расположенных конст­руктивах, как и у обычного компьютера.

Многомашинный комплекс (кластер) — это вычислительная система, состоя­щая из нескольких компьютеров (каждый из которых работает под управле­нием собственной операционной системы), а также программные и аппарат­ные средства связи компьютеров.

Разделение локальных ресурсов каждого компьютера между всеми пользовате­лями сети достигается с помощью программных модулей двух типов: клиен­тов (client), которые формируют запросы на доступ к удаленным компьютерам, и серверов (server), принимающих эти запросы из сети и предоставляющих за­прашиваемые ресурсы. Несколько клиентов могут обращаться к одному сер­веру. Набор модулей «клиент — сервер» представляет собой распределенную программу, реализующую сетевую службу (service).

Термины «клиент» и «сервер» используются не только для обозначения про­граммных модулей, но и компьютеров, подключенных к сети. Если компью­тер предоставляет свои ресурсы другим компьютерам сети, то он называется сервером, а если он их потребляет — клиентом. Иногда один и тот же компь­ютер может одновременно играть роли и сервера, и клиента.

Общие принципы построения сетей

Связь «точка-точка»

Наиболее простым случаем связи двух устройств является их непосредствен­ное соединение физическим каналом, такое соединение называется связью «точка-точка» (point-to-point).

Для обмена данными с внешними устройствами (как с собственной перифе­рией, так и с другими компьютерами) в компьютере предусмотрены интер­фейсы, или порты, то есть наборы проводов, соединяющих компьютер с уст­ройствами, а также наборы правил обмена информацией по этим проводам.

Логикой передачи сигналов на внешний интерфейс управляют аппаратное устройство компьютера — контроллер и программный модуль — драйвер.

Для того чтобы компьютер мог работать в сети, его операционная система должна быть дополнена клиентским и/или серверным модулем, а также сред­ствами передачи данных между компьютерами. В результате такого добавле­ния операционная система компьютера становится сетевой.

При соединении «точка-точка» на первый план выходит задача физической передачи данных по линиям связи. Эта задача среди прочего включает коди­рование и модуляцию данных, взаимную синхронизацию передатчика одного компьютера с приемником другого, а также подсчет контрольной суммы и пе­редачу ее но линиям связи после каждого байта или после некоторого блока байтов.

Проблемы связи нескольких компьютеров

При связывании более двух компьютеров появляются новые проблемы: вы­бор топологии и схемы адресации, организация совместного использования связей и построение механизма коммутации.

Выбор топологии определяет многие характеристики сети. Наиболее распро­странены следующие типы конфигураций: полносвязная, ячеистая, кольцевая, звезда и иерархическая звезда (дерево). Конфигурация общая шина является частным случаем конфигурации звезда. Здесь в качестве центрального эле­мента выступает пассивный кабель, к которому по схеме «монтажного ИЛИ» подключается несколько компьютеров.

Адреса могут использоваться для идентификации отдельных интерфейсов, их групп (групповые адреса), а также сразу всех сетевых интерфейсов сети (ши­роковещательные адреса).

Адреса могут быть числовыми и символьными, аппаратными и сетевыми, пло­скими и иерархическими. Для преобразования адресов из одного вида в дру­гой используются специальные вспомогательные протоколы, которые назы­вают иногда протоколами разрешения адресов (address resolution).

Тема 2.

Коммутация

В неполносвязных сетях соединение абонентов осуществляется путем комму­тации, то есть связывании через сеть транзитных узлов. При этом должны быть решены следующие задачи: определение информационных потоков и маршрутов для них, сообщение о найденных маршрутах узлам сети, продви­жение данных в каждом транзитном узле — распознавание потоков на входе и переключение их на соответствующий выход, а также мультиплексирование и демультиплексирование потоков.

Устройство, функциональным назначением которого является выполнение коммутации, называется коммутатором (switch). Коммутатором может быть как специализированное устройство, так и универсальный компьютер со встро­енным программным механизмом коммутации.

Информационным потоком, или потоком данных (data flow, data stream), на­зывают непрерывную последовательность байтов (или более крупных единиц данных — пакетов, кадров, ячеек), объединенных набором общих признаков, который выделяет его из общего сетевого трафика. При коммутации в качест­ве признаков могут выступать адреса получателя и/или отправителя, иденти­фикатор приложения, метка потока и другие параметры данных, влияющие на выбор маршрута.

При прокладывании маршрута могут учитываться различные факторы, отра­жающие состояние и характеристики сети: номинальная пропускная способ­ность; загруженность каналов связи; задержки, вносимые каналами; количе­ство промежуточных транзитных узлов; надежность каналов и транзитных узлов и др.