Лекция по теме «Передача информации. Линии связи

Лекция
Тема: Передача информации. Линии связи. Локальные, глобальные компьютерные сети,
сетевые технологии обработки информации
Компьютерные сети создаются для того, чтобы дать возможность территориально
разобщенным
пользователям
обмениваться
информацией
между
собой,
использовать
одинаковые программы, общие информационные и аппаратные ресурсы.
Вычислительные сети подразделяют на два вида: локальные и глобальные.
Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – это такая вычислительная сеть, в которой
компьютеры с подключенными к ним периферийными устройствами расположены в
географически ограниченном пространстве, чаще всего в пределах промышленного или
коммерческого предприятия, банка, библиотеки, научной организации, учебного заведения и т.д.
Локальные сети позволяют организовать совместное использование дорогостоящей
аппаратуры, а также распределенную обработку данных на нескольких компьютерах. Это дает
значительную экономию материальных средств и ускорение процесса обмена информацией.
Локальная сеть имеют небольшую протяженность (до 10 км). Наименьшей единицей
измерения скорости передачи информации является 1 бит/сек.
Локальные сети характеризуются структурой (топологией). Под структурой локальной
сети понимают определенный способ соединения ЭВМ линиями связи. Известны следующие
структуры: шинная, кольцевая, звездная и древовидная.
Шинная структура характеризуется общедоступной линией связи, в качестве которой
обычно используется витая пара проводов, коаксиальный или оптоволоконный кабель. Для нее
характерны низкая стоимость подключения новых ЭВМ, простота управления, высокая гибкость
и возможность простого расширения сети.
В
кольцевой
структуре
сети
ЭВМ
последовательно
соединены
друг
с
другом
однонаправленной замкнутой линией связи. Информация, передаваемая в каждой ЭВМ (данные
передаются как бы по эстафете). Такая структура требует более сложного управления, а
включение новой ЭВМ приводит к временному разрыву кольца и прекращению работы в сети.
Звездная структура предполагает наличие центрального компьютера (сервера), с которым
связываются остальные ЭВМ (рабочие станции, клиенты). Сервер управляет сетью, определяет
маршрут передачи сообщений. По основным характеристикам звездная структура уступает
шинной структуре. В частности, ее применение требует повышенных затрат на прокладку линий
связи.
Древовидная структура выглядит в виде ели, которая расширяется внизу. Отказ одного
компьютера приводит к отказу лишь одной ветви, поэтому эта структура более надежна, чем
кольцевая.
ЛВС бывают одноранговыми и с выделенными серверами.
Любая рабочая станция в одноранговой сети может выступать по отношению к другой
станции как клиент или как сервер. В сети с выделенным сервером все клиенты общаются с
центральным сервером. Легче всего представить сеть с выделенным сервером на примере
звездной структуры сети. Все клиенты взаимодействуют друг с другом через сервер, который
находится в центре звезды.
Каждый компьютер в составе ЛВС должен иметь следующие компоненты: сетевой адаптер
(карту) и сетевую операционную систему (сетевые программы). Компьютеры ЛВС чаще всего
соединены между собой проводом или коаксиальным кабелем. Существуют беспроводные
локальные сети с инфракрасным или радиоволновыми линиями связи.
Функцией сетевого адаптера (сетевой карты) является передача и прием сигналов,
циркулирующих по кабелям связи.
В настоящее время наибольшее распространение получил кабель на неэкранированной
витой паре (UTP). Максимальное расстояние, на которое могут быть расположены компьютеры,
соединенные с помощью UTP, достигает 300 м. Скорость передачи информации по такому
кабелю составляет от 10 до 155 Мбит/с.
Кабель на экранированных витых парах (STP) позволяет передавать информацию со
скоростью 16 Мбит/с на расстояние до 90 м. Экранированные кабели дороже по сравнению с
UTP, но они обеспечивают лучшую помехозащищенность к электромагнитному излучению.
Коаксиальный кабель хорошо защищен от мешающего электромагнитного излучения. Он
позволяет передавать информацию на расстояния до 2000 м со скоростью 2-44 Мбит/с.
Волоконно-оптические кабели (оптоволоконные) передают данные без повторителей на
расстояние до 10 км со скоростью до 10 Гбит/с. Оптоволокно представляет собой тонкую нить из
стекла (или пластика).
Глобальные сети (как и локальные) состоят из компьютеров, соединенных каналами связи. В
настоящее время в мире зарегистрировано более 200 глобальных сетей. Глобальные
вычислительные сети (ГВС) всего мира объединены между собой с помощью Internet.
Для работы в глобальной сети требуется модем. При этом асинхронная передача каждого
символа (буквы или цифры) осуществляется с помощью десяти битов (8 бит требуется для
передачи символа и 2 бита служебных – стартовый и стоповый).
Глобальная сеть может охватывать значительные расстояния – десятки тысяч километров.
Программное обеспечение делится на два класса:

программы-серверы, размещенные на том узле сети, который обслуживает компьютер
пользователя;

программы-клиенты, которые находятся на компьютере пользователя и пользуются
услугами сервера.
Глобальные
сети
предоставляют
пользователям
разнообразные
услуги:
работа
с
распределенными базами данных, электронная почта, телеконференции, беседы в реальном
масштабе времени, пересылка файлов и т.д. Каждая услуга (иногда говорят - служба, сервис)
работает по определенным правилам (протоколам). Протокол – это правила (соглашения,
стандарт) передачи информации в сети. Следует различать два типа протоколов: базовые
протоколы, отвечающие за физическую пересылку электронных сообщений и прикладные
протоколы более высокого уровня, отвечающие за функционирование
Для реализации каждой сетевой услуги требуются своя программа-сервер и своя программаклиент.
Например,
существуют
почтовые
серверы
и
клиенты,
серверы
и
клиенты
телеконференций (новостей).
В то же время современные программы-навигаторы (исследователи, браузеры, обозреватели)
постепенно берут на себя функции отдельных служб глобальной сети и становятся
"универсальными" клиентами. Термин "сервер" имеет второе значение.
Сервером называют также компьютер, на котором установлены программы-серверы. На
одном сервере-компьютере может работать сразу несколько программ-серверов. Чаще всего
понимают под термином "сервер" некий компьютер.
Глобальная
сеть
Internet
представляет
собой
совокупность
узлов
(содержащих
коммутационное оборудование и серверы), объединенных между собой каналами связи. Каждый
узел содержит один или несколько мощных компьютеров-серверов, которые работают чаще
всего под управлением операционной системы UNIX. Такой узел порой называют хостом.
Управляет узлом его собственник – организация, которая называется провайдером
или
поставщиком услуг Internet. Провайдеров можно разделить на международные, национальные и
региональные.
К первичным провайдерам подключаются региональные (вторичные) провайдеры. Скорость
передачи информации между вторичными провайдерами составляет десятки-сотни килобит в
секунду.
Часто используемые термины: зеркало и прокси-сервер.
Зеркало – сервер, который является копией другого популярного, но далеко расположенного
сервера. Зеркало используется для снижения нагрузки в сети и повышения скорости передачи
информации. Содержимое зеркала периодически обновляется.
Прокси-сервер – компьютер, который используется для снижения нагрузки в сети и
повышения
быстродействия.
На
прокси-сервере
непродолжительное
время
хранится
информация, к которой пользователи проявляют повышенный интерес. Если какой-либо
пользователь недавно просматривал Web-страницу, которую решил посмотреть второй
пользователь, то второму пользователю она будет передана с прокси-сервера. Прокси-сервером
может быть любая ЭВМ, на которую установлена программа прокси-сервер.
Internet объединяет сети, работающие по разным правилам. Для согласования этих правил
служат устройства – шлюзы.
Шлюз – устройство, соединяющее сети, несовместимые иным способом. Шлюз преобразует
данные для обеспечения совместной работы разных сетей.
Серьезной
проблемой
при
работе
в
сети
является
защита
информации
от
несанкционированного доступа. По этой причине локальные сети банков и оборонных
предприятий защищают от проникновения в них со стороны Internet. Для этих целей используют
брандмауэр.
Брандмауэр – аппаратно-программное средство (межсетевой экран), которое предотвращает
несанкционированный доступ (вход) в защищаемую сеть.
Межсетевой экран выполняет свои функции, контролируя все информационные потоки между
этими двумя сетями, работая как некоторая "информационная мембрана". Экран можно
представлять себе как набор фильтров, анализирующих проходящую через них информацию. На
основе заложенных алгоритмов брандмауэр принимает решение: пропустить ли эту информацию
или отказать в ее пересылке.
Кроме того, брандмауэр фиксирует все "незаконные" попытки доступа к информации и
сигнализирует о ситуациях, требующих немедленной реализации (поднимает тревогу).
В зависимости от своих финансовых возможностей пользователь выбирает один из двух
основных способов подключения к Internet:

удаленный доступ по коммутируемой (временной) телефонной линии;

прямой доступ по выделенному (постоянному) каналу.
Первый способ значительно дешевле, однако, менее удобен. Для работы в Internet нужно
предварительно дозвониться по телефону до узла провайдера. Кроме того, при таком соединении
будет невысокая скорость обмена информацией и низкое качество связи (частые прерывания
связи, многократные запросы на повторную передачу ошибочно принятой информации). По
коммутируемой линии чаще всего работают в ночное время, когда телефонные линии меньше
"шумят".
Второй способ гораздо эффективнее, но и дороже, поэтому используется он, в основном,
коллективными или состоятельными пользователями.
В качестве выделенных каналов могут использоваться коаксиальные и оптические кабели,
радиорелейные линии, спутниковая связь.
В сеть Internet входят множество компьютеров, работающих под управлением разных
операционных систем, на разных аппаратных платформах. Однако при обмене информацией все
ЭВМ должны пользоваться едиными соглашениями (протоколами) о способах передачи
сообщений. Тогда любая ЭВМ в состоянии "понять" информацию, полученную от любой другой
ЭВМ.