Лекции по информационным сетям

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

Два корня сетей передачи данных 
(краткая историческая справка)

 

Компьютерные, вычислительные сети, сети передачи данных, информационные сети

Это эволюция двух отраслей:

- эволюция вычислительной  техники;

- эволюция телекоммуникационных  технологий (технологий связи и  передачи данных)

 

 

Два аспекта  компьютерной сети:

1) Информационная сеть – это частный случай распределенной вычислительной системы. Группа компьютеров совместно выполняют взаимосвязанные задачи, обмениваются данными в автоматическом режиме.

2) Информационная сеть – это средство передачи информации на большие расстояния, в них используются методы кодирования и мультиплексирования. Эти методы и технологии развиваются в сфере телекоммуникаций.

 

Развитие информационных сетей исторически является следствием развития вышеуказанных отраслей.

 

Основные  этапы развития информационных сетей

 

1) середина 19 века – механическая «аналитическая» машина Чарльза Бэбиджа, которая так и не заработала;

2) середина 40-х годов, после второй мировой войны – это ламповые вычислительные устройства;

3) середина 50-х годов начало следующего этапа – новая элементная база – полупроводниковые элементы;

4) появление программных мониторов – прообраз операционных систем; предназначались не для обработки данных, а для управления процессом обработки, системные программы;

 

1965-1975 годы

5) мультипрограммирование – это такой способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера одновременно находятся несколько программ (процессов), которые совместно используют процессорное время;

В этот период сформировались основные механизмы ОС:

- мультипрограммирование;

- мультипроцессирование;

- поддержка  терминального многопользовательского  режима;

- виртуальная  память;

- файловая система;

- разграничение  доступа;

- сетевая работа.

 

Режимы мультиплексирования:

- пакетная обработка;

- разделение  времени;

 

6) многотерминальные системы – это прообраз сети. Терминалы рассредоточились по предприятию, выйдя за пределы вычислительного центра.

Системы удаленного ввода заданий – это пример многотерминального режима с пакетной обработкой.

Но это еще  не локальные сети, т.к. обработка данных проводилась централизованно.

7) конец 60-х - появление глобальной сети, когда удалось связать с помощью технологии коммутации пакетов несколько суперкомпьютеров.

 

1969 год –  Минобороны США инициировало  работу по объединению суперкомпьютеров в единую сеть.

Появление ARPANET. Эта сеть объединяла компьютеры различных типов, работающих под разными ОС. При этом взаимодействие было реализовано на основе общих коммуникационных протоколов.

 

1974 год – IBM создала собственную сетевую архитектуру SNA (System Network Architecture).

В это же время  в Европе активно ведутся работы по созданию и развитию стандарта X.25.

 

В рамках реализации первых глобальных сетей были заложены многие основы современных сетей:

- многоуровневое  построение коммуникационных протоколов;

- технология  коммутации пакетов;

- маршрутизация  пакетов в составных сетях.

 

Глобальные  сети очень много унаследовали от телефонных сетей (исторически они  строились на их базе).

 

8) 70-е годы – миникомпьютеры – определили рождение локальных сетей.

 

9) 80-е годы появление многих стандартов локальных сетей и других сетевых технологий (Ethernet, Token Ring, немного позже FDDI)

 

В локальных сетях использовались те же технологии, что и в глобальных:

- коммутация пакетов

 

10) начало 80-х годов появление персональных компьютеров, что еще более подстегнуло развитие локальных сетей.

 

Основные термины  и определения

 

Сеть – это  совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных.

 

С т.з. международной организации  по стандартизации (ISO)

Сеть – это последовательная бит-ориентированная передача информации между связанными друг с другом независимыми устройствами.

 

Классификация сетей

 

По территориальному признаку:

1) локальные вычислительные сети (ЛВС) Local Area Network (LAN)

Комната, здание, несколько корпусов одного предприятия.

Термин LAN соотносится с понятием корпоративной сети до определенного времени.

 

2) распределенные вычислительные сети или глобальные сети (WAN)

- городские;

- региональные;

- национальные;

- транснациональные.

 

Сближение локальных и глобальных сетей

В конце 80-х годов  различия проявлялись достаточно отчетливо  по следующим аспектам.

1) Протяженность и качество линий связи. LAN – это небольшое расстояние между узлами, соответственно LAN обеспечивала более качественные линии связи (коаксиальный провод или витая пара)

2) Сложность методов передачи данных. WAN имели низкую надежность физических каналов, поэтому требовались более сложные методы передачи данных и соответствующее оборудование.

3) Скорость обмена данными. LAN – скорость была выше.

4) Разнообразие услуг. Очень сильно различались по количеству и качеству предоставляемых сервисов. LAN – много, WAN – мало. Сегодня в WAN огромное количество сервисов и услуг. Бум облачных вычислений.

5) Масштабируемость. «Классические» локальные сети обладают плохой масштабируемостью из-за жестких базовых топологий. WAN изначально разрабатывались для использования в смешанных сетях различных топологий и типов.

 

Сегодня очень  актуальным является вопрос информационной безопасности в сетях.

 

Классификация по назначению

 

- коммуникационные (телекоммуникационные) сети;

- информационные, компьютерные, корпоративные сети.

 

 

 

 

Основные  компоненты коммуникационной сети

 

 

Сеть  доступа (Access Netwok) – предназначена для концентрации информационных потоков, поступающих по многочисленным каналам связи от оборудования пользователей, в небольшое количество узлов магистральной сети.

Магистраль (Backbone, Core Network) – объединяет несколько отдельных сетей доступа, обеспечивает транзит трафика между ними по высокоскоростным каналам.

Информационные  центры – или центры управления сервисами – это информационные ресурсы сети.

 

Коммуникационная  сеть – предназначена для передачи данных, кроме этого выполняет функции преобразования данных. Классификация выполняется на основе физических средств соединения.

 

Информационная  сеть

Предназначена для хранения, обработки данных; основным элементом является информационная система.

 

Информационная  система – это объект, который хранит, обрабатывает и передает информацию.

Информационная  система – это аппаратно-программный комплекс, решающий определенные задачи.

 

 

Компьютерная  сеть состоит из информационных систем и каналов связи.

 

Канал связи – средство, по которому передается сигнал. Канал связи создается по линиям связи с помощью сетевого оборудования и физических средств связи.

 

Информационные  системы (компьютеры) взаимодействуют  через физические каналы коммуникационной сети и узлы коммутации, при этом устанавливаются логические каналы.

Логический  канал – это маршрут передачи информации.

Протокол – совокупность правил, определяющих формат и процедуру обмена информацией.

Метод доступа – это способ определения того, какая из рабочих станций может использовать канал связи и как управлять доступом к среде передачи данных.

Топология – это описание соединений между узлами сети (физическая или логическая).

Топология определяет используемый метод доступа.

 

Архитектура – это концепция, определяющая взаимосвязь, структуру и функции взаимодействия рабочих станций в сети.

Определяет  принципы построения аппаратно-программного комплекса сети.

1) терминал-главный  компьютер

2) одноранговая  сеть

3) клиент-сервер

 

1) Терминал-главный  компьютер

В этом случае вся  обработка данных выполняется на одном или нескольких компьютерах («главных» компьютерах). Используются мультиплексоры передачи данных (МПД).

 

 

2) Одноранговая  сеть

В этом случае ресурсы  рассредоточены по всем системам. Все  участники абсолютно равноправны. Как правило, маленькая сеть, в которой рабочая станция выполняет роль и сервера (иметь общедоступный ресурс) и клиента (пользоваться ресурсами других).

 

 

Преимущества: - простота

Недостатки: - проблемы управления и контроля за ресурсами.

- безопасность  никакая.

3) Архитектура  «клиент-сервер»

В данном случае основная часть ресурсов и управляющих  процессов сосредоточена на сервере.

Сервер – это объект, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам.

Сервис – это услуга, процесс обслуживания клиентов.

Клиент – это процесс, который вызывает сервисную функцию или посылает запрос на получение сервиса.

 

 

Двухуровневая и трехуровневая архитектура  «клиент-сервер»

Предполагает  наличие дополнительных элементов, которые располагаются между клиентом и сервером и выполняют определенные функции.

 

Основы среды передачи данных.

Аналоговые и цифровые каналы передачи данных.

 

Среда передачи данных – это совокупность линий передачи данных и блоков взаимодействия, предназначенных для передачи данных между участниками.

Линия передачи данных – это физическая среда передачи данных, по которой распространяется сигнал в нужном направлении, + промежуточное оборудование.

Блоки взаимодействия – это оборудование не входящее в состав станций данных (рабочих станций).

 

Более полно  отражают структуру среды передачи данных термины:

Канал передачи данных – средства двустороннего обмена данными, включающие аппаратуру передачи данных и линию связи. Связывают между собой источник и приемник информации (данных).

 

Линия связи – это совокупность физической среды, по которой передаются сигналы и промежуточной аппаратуры.

Классификация (в зависимости от физической среды):

- оптические;

- проводные  (коаксиальный кабель, витая пара);

- беспроводные (радио канал, инфракрасный канал).

 

 

Аппаратура  передачи данных (DCE, Data Communications Equipment) – связывает оконечное оборудование пользователя (DTE) и линию связи. DCE, как правило, работает на физическом уровне.

Оконечное оборудование данных (DTE, Data Terminal Equipment) – это компьютер, маршрутизатор в локальной сети.

Промежуточное оборудование обеспечивает:

– улучшение качества сигнала (усилители);

– создание постоянного составного канала связи между двумя абонентами сети (мультиплексоры, демультиплексоры, коммутаторы).

Промежуточная аппаратура определяет аналоговый или  цифровой канал реализован.

Абонентские каналы объединяются в одном высокоскоростном канале, используя технологию мультиплексирования.

Высокоскоростной  канал разделяется между абонентскими каналами:

– частотное мультиплексирование (FDM) (для аналоговых каналов);

– временное мультиплексирование (TDM) (для цифровых каналов).

 

 

«Демаркационная точка» – точка разделения ответственности между потребителем и поставщиком услуг, в ней Оборудование потребителя подключается к Local Loop поставщика услуг.

Local Loop – это медный или оптический кабель до поставщика услуг.

 

 

 

Характеристики  линий связи

– амплитудно-частотная характеристика;

– полоса пропускания;

– затухание;

– помехоустойчивость;

– перекрестные наводки;

– пропускная способность;

– достоверность передачи данных;

– удельная стоимость.

 

Вводная часть

Для передачи дискретной информации по линиям связи необходимо передавать ее в виде сигналов.