Сети ЭВМ и телекоммуникации 1

Сети ЭВМ и телекоммуникации
1
Определение
Компьютерная (вычислительная) сеть
или сеть передачи данных –
совокупность узлов (компьютеров, рабочих станций или других
узлов), соединенных коммуникационными каналами, а также набор
оборудования, обеспечивающего соединение станций и передачу
между ними информации (данных).
Сегодня существует огромное разнообразие компьютерных
сетей разных назначений, построенных на основе различных
компьютерных и коммуникационных технологий.
Сетевая архитектура –
это совокупность сетевых аппаратных и программных
решений, методов доступа и протоколов обмена
информацией.
2
• Электросвязь — разновидность связи,
способ передачи информации с
помощью электромагнитных сигналов,
например, по проводам, волоконнооптическому кабелю или по радио.
• Первое упоминание о передаче информации на
дальние расстояния описано в древнегреческом
мифе о Тесее (в случае победы над минотавром
Тесей должен был поднять белый парус на
своём корабле).
• Разновидность визуальных
сигналов: дым, маяки, гелиограф,
сигналы семафоров и флажков.
• Использовались аудиосигналы:
бой барабанов, звуковые рожки и свистки.
Необходимость передавать не только сигналы
тревоги, но и сообщения различного характера,
привела к созданию специальных кодов и
обозначений.
• Сторожевые посты стали первыми системами
связи.
3
Классификация компьютерных сетей
• По технологии передачи
• По принципу организации обмена
данными между абонентами
• По территориальной распространённости
• По топологии
• По скорости передачи
• По типу среды передачи данных
• По принципу организации иерархии
компьютеров
4
По технологии передачи
• Вещание –
передача информации от
одного узла ко многим.
• Соединение точкаточка –
соединение между двумя
узлами.
5
По принципу организации обмена
данными между абонентами
• Коммутация каналов –
тип коммутационной сети, в которой каждой паре абонентов в
течении сеанса их информационного взаимодействия
предоставляется физическое соединение, при этом канал связи для
других абонентов недоступен.
• Коммутация сообщений –
передача между абонентами информации в виде логически
завершенных порций данных, например, телеграмм, писем или
отчетов, при этом передача осуществляется по принципу
коммутации каналов, однако занятость канала определяется
длинной сообщения.
• Коммутация пакетов –
технология доставки сообщений, при которой данные, разбитые на
отдельные блоки малых размеров, называемые пакетами, могут
пересылаться из исходного пункта в пункт назначения по
различным маршрутам, и собираются в пункте назначения в
исходное сообщение.
6
Коммутация пакетов
• В силу малых размеров пересылаемых
пакетов физические каналы связи
оказываются занятыми в течении
минимальных интервалов времени, что
позволяет практически всегда обеспечивать
передачу данных между любыми узлами
сети без длительных задержек.
7
По территориальной распространённости
•
•
•
•
•
Локальные
Кампусные
Городские
Региональные
Глобальные
8
По топологии
•
•
•
•
•
•
•
•
Линия
Полносвязная
Звезда
Кольцевая
Общая шина
Дерево
Ячеистая
Смешанная
9
По скорости передачи
• Низкоскоростные (до 10 Мбит/с)
• Среднескоростные (до 100 Мбит/с)
• Высокоскоростные (свыше 100Мбит/с)
10
По типу среды передачи данных
• Проводные
коаксиальные
витая пара
оптоволоконные
• Беспроводные
радиопередача
спутниковые каналы
11
По принципу организации иерархии
компьютеров
• Одноранговые
все компьютеры имеют равные права (ранги).
• С выделенным сервером
Сервер (to serve — служить) – специальное
(выделенное) аппаратное обеспечение для сетевых
сервисов реализуемых, как правило, программным
обеспечением.
Например, файл-сервер.
12
Выбор топологии сети
• Зависит от следующих
факторов:
• надежности
получаемой сети;
• простоты
присоединения новых
узлов;
• экономических
соображений.
13
Определите топологию
14
ARPANET
ARPANET
(от англ. Advanced Research Projects AgencyNetw
ork) — компьютерная сеть, созданная в 1969
году в США Агентством Министерства обороны
США по перспективным исследованиям.
Это была первая в мире сеть,
перешедшая на маршрутизацию пакетов
данных (1 января 1983 года).
ARPANET прекратила своё существование в
июне 1990 года.
15
Первое испытание
• Произошло 29 октября 1969 года в 21:00.
• Сеть состояла из двух терминалов, первый из
которых находился в Калифорнийском
университете, а второй на расстоянии 600 км
от него — в Стэндфордском университете.
• Тестовое задание заключалось в том, что
первый оператор вводил слово «LOG», а
второй должен был подтвердить, что он видит
его у себя на экране.
16
Цели проекта ARPANET
• проведение экспериментов в области
компьютерных коммуникаций;
• объединение научного потенциала
исследовательских учреждений;
• изучение способов поддержания устойчивой связи
в условиях ядерного нападения;
• разработка концепции распределённого
управления военными и гражданскими структурами
в период ведения войны.
17
Хроника ARPANET
• Сеть ARPANET начала активно расти и развиваться, её
начали использовать учёные из разных областей науки.
• В 1973 году к сети были подключены первые
иностранные организации
из Великобритании и Норвегии, сеть стала
международной.
• Стоимость пересылки электронного письма по сети
ARPANET составляла 50 центов.
• В 1984 году у сети ARPANET появился серьёзный
соперник, Национальный фонд науки США (NSF) основал
обширную межуниверситетскую сеть NSFNet, которая
имела гораздо бо́ льшую пропускную способность
(56 кбит/с), нежели ARPANET.
• В 1990 году сеть ARPANET прекратила своё
существование, полностью проиграв конкуренцию
NSFNet.
18
Наследие ARPANET
• Многие
существующие протоколы Интернета берут
своё начало в ARPANET.
• Например, протокол обратного
поиска DNS до сих пор использует
доменное имя верхнего уровня «.arpa»:
чтобы найти записи, относящиеся к
IP-адресу 1.2.3.4, надо послать запрос об
адресе 4.3.2.1.in-addr.arpa.
19
Другие сети
•
NSFNet (от англ. National Science Foundation Network) — компьютерная
сеть Национального фонда науки США, образованная в 1984 году и служившая
каркасом Интернета в начале 1990-х годов .
•
Computer+Science Network (CSNET) - академическая сеть больших
компьютеров расположенных, главным образом, в США, но связанных с
другими странами. Сайты CSNET включают университеты, исследовательские
лаборатории и некоторые коммерческие структуры.
•
Интернет2 (англ. Internet2) — некоммерческий консорциум из
230 американских университетов, создающий
передовые сетевые приложения и технологии, чтобы ускорить появление
«Интернета будущего». Консорциум активно сотрудничает
с правительственными организациями и ведущими частными
компаниями компьютерной индустрии.
•
GÉANT — образовательный проект мульти-гигабитной интернет сети,
соединяющий в себе более 3500 образовательных учреждения
в Европе (более 30 стран). Кроме образовательных нужд сеть GÉANT
предоставляет услуги IP Quality of Service QoS, IP Multicast, виртуальной
частной сети. Скорость передачи данных от 1 до 12 гигабит в секунду.
20
Поколения сетей
• Традиционные телефонные сети, или POTS (Plain Old Telephone Service),
которые используют аналоговые системы передачи и узлы коммутации
декадно-шаговых, координатных и квазиэлектронных систем
коммутации.
• Цифровые сети с интеграцией служб (Integrated Service Digital Network
– ISDN (середина 1980-х годов). Позволяют предоставлять в рамках
единой сетевой структуры различные виды услуг связи, основным
приложением осталась услуга телефонии. Сети ISDN предусматривали
использование цифровых систем передачи и цифровых узлов
коммутации.
• Сети NGN (Next Generation Network) – это гетерогенная
мультисервисная сеть, основанная на пакетной коммутации, и
обеспечивающая предоставление практически неограниченного
спектра телекоммуникационных услуг.
POTS – сеть для предоставления услуг. ISDN сеть для предоставления
технологии. Такая сеть должна поддерживать передачу разнородного
трафика с различными требованиями к качеству обслуживания и
обеспечивать соответствующие запросы оператора и абонентов.
21
CERN
•
•
•
•
Сеть состоит из более 10 тысяч километров кабеля и
2500 коммутаторов и концентраторов. Через эту сеть
ученые из разных стран получают доступ к шести
ускорителям элементарных частиц, в том числе
Большому адронному коллайдеру (LHC), и самой
большой в мире академической системе
распределенных вычислений Worldwide LHC Computing
Grid (WLCG).
2009 год проверка CERN вычислительной мощности для
коллайдера: сначала данные направлялись в 11
основных компьютерных центров в Европе, Азии и
Северной Америке, затем данные перенаправлялись в
более чем 140 центров в 33 странах по всему миру, где
информация о работе LHC поддавалась
соответствующей обработке.
LHC ежемесячно генерирует до миллиона гигабайт
данных, для обработки которых требуется сверхмощная
вычислительная сеть.
LHC ежегодно производит до 15 петабайт (15 миллионов
гигабайт) данных.
22
Адронный коллайдер Церн
23
Технология ATM
ATM (англ. Asynchronous Transfer Mode —
асинхронный способ передачи данных)
— сетевая высокопроизводительная технология коммутации,
основанная на передаче данных в виде ячеек
фиксированного размера (53 байта, из которых 5 байтов –
заголовок. )
24
Особенности ATM сетей
• Сеть всегда работает по протоколу с установлением
соединения, адреса конечных узлов используются
только на этапе установления соединения.
• Маленькая длина - 53 байта вместе с небольшим
заголовком в 5 байт, что гарантирует небольшие
задержки при передаче синхронного трафика
(например, голоса).
• Введение типов трафика и приоритетное
обслуживание позволяет сети успешно совмещать в
одном канале синхронные и асинхронные пакеты.
25
АТМ соединение
• Структура сети похожа на структуру телефонной сети - конечные
станции соединяются с коммутаторами нижнего уровня, которые
в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких
уровней.
• Коммутаторы ATM пользуются адресами конечных узлов для
маршрутизации трафика в сети коммутаторов.
• Коммутация пакетов происходит на основе идентификатора
виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI), назначается
соединению при его установлении и уничтожается при разрыве
соединения.
•
Виртуальные соединения устанавливаются на основании
длинных 20-байтных адресов конечных станций. Такая длина
адреса рассчитана на очень большие сети, вплоть до всемирных.
26
Структура сети ATM
27
Установка соединения
28
Адрес
• Адрес имеет иерархическую структуру, подобную номеру в
телефонной сети и использует префиксы, соответствующие
кодам стран, городов и т.п.
• Виртуальные соединения могут быть постоянными
(Permanent Virtual Circuit, PVC) и коммутируемыми
(Switched Virtual Circuit, SVC).
• Постоянные виртуальные соединения соединяют двух
фиксированных абонентов и устанавливаются
администратором сети.
• Коммутируемые виртуальные соединения
устанавливаются при инициации связи между любыми
конечными абонентами.
29
Достоинства коммутации каналов
•
•
Постоянная и известная скорость передачи данных по установленному между
конечными узлами каналу. Это дает возможность оценить качество передачи
данных при известной пропускной способности канала.
Низкий уровень задержки передачи данных через сеть. Это позволяет
качественно передавать данные, чувствительные к задержкам (называемые
также трафиком реального времени) — голос, видео, различную
технологическую информацию.
Недостатки коммутации каналов
•
•
•
Возможен отказ сети в обслуживании запроса если сеть уже загружена. Отказ
может случиться и на конечном участке составного канала — например, если
абонент способен поддерживать только одно соединение, что характерно для
многих телефонных сетей.
Нерациональное использование пропускной способности физических каналов.
Часть пропускной способности, которая отводится каналу после
установления соединения, предоставляется ему на все время, т.е. до тех пор,
пока соединение не будет разорвано. Однако абонентам не всегда нужна
пропускная способность канала во время соединения, например в телефонном
разговоре могут быть паузы, еще более неравномерным во времени является
взаимодействие компьютеров. Невозможность динамического
перераспределения пропускной способности представляет собой
принципиальное ограничение сети с коммутацией каналов, так как единицей
коммутации здесь является информационный поток в целом.
Обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы
установления соединения.
30
Темпы роста сетевых технологий
Если радио стали использовать более
50 млн. человек только через 38 лет
после создания радиосети,
то Интернету на привлечение такого
же количества посетителей хватило
всего 4 года, а спустя 18 лет с
момента появления Всемирной сети их
было уже 600 млн.
Возникнув как средство для обмена
информацией, сегодня Интернет
представляет собой территорию, на
которой активно продают и покупают,
рекламируют и оплачивают товары и
услуги, пользуются возможностями
Интернет-банкинга, голосуют и т.п.
цена Facebook составляет
порядка 15-20
миллиардов долларов.
31
Безопасность ПО
• Насущной становится проблема
безопасного программного обеспечения.
• Основными мишенями атак становятся
WEB-сайты, они же являются основными
разносчиками вредоносных кодов.
• Абсолютными лидерами по посещениям
являются Google, Microsoft, Yahoo и EBay.
32
Сisco об увеличении объема
интернет-трафика в России к 2015 г.
Ежегодное исследование Cisco VNI проводится с целью оценки
роста интернет-трафика и выявления тенденций этого
роста.
• По сравнению с 2005 годом российский интернет-трафик
вырастет в 49 раз.
• За 5 лет – с 2010-го по 2015-й год – объем передачи данных по
мобильным сетям возрастет в 24 раза. В этот период
российский мобильный трафик будет расти вдвое быстрее
фиксированного IP-трафика.
• С 2010-го по 2015-й год средняя скорость российских
широкополосных сетей увеличится с 5,3 Мбит/с до 18 Мбит/с.
33
Динамика роста числа WEB-сайтов в
1995-2011 годах
Абсолютными лидерами по посещениям являются Google, Microsoft, Yahoo и
EBay.
34
Доли различных технологий, используемых
WEB-серверами (2000-2010)
35
Перспективные направления
российского Интернета
• Развитие новых методов организации массового доступа к Интернет,
основанного на использовании уже существующих территориально
распределённых сетей и служб (отделения связи, библиотеки, школы и
т.п.);
• Создание специализированных тематических порталов Интернет на
русском и иностранных языках;
• Развитие и распространения наукоёмкой продукции, программного
обеспечения и объектов интеллектуальной собственности;
• Развитие средств и систем обеспечения информационной
безопасности;
• Электронная коммерция во всех её формах (в ближайшее время,
преимущественно, межкорпоративные деловые операции “business-tobusiness”);
• Предоставления массового и группового доступа в Интернет на основе
альтернативных каналов связи;
• Предоставление услуг Интернет с гарантируемым качеством
обслуживания.
36
Портрет пользователя
• Доля пользователей в возрастных группах составляет:
– возрастная группа от 18 до 24 лет занимает 29% ,
– группа от 25 до 34 лет занимает 15%,
– 35-44 – 14%
– 45-54 составляет 5%.
Интернет остается прерогативой молодежи.
• Доля пользователей в сети интернет с разным образованием
распределилась таким образом:
– 35% пользователей имеют высшее образование,
– среднее специальное – 37%,
– среднее общее – 26%,
– ниже среднего – 2%.
Интернет – сфера деятельности людей с высшим образованием
37
• Председатель совета директоров
и главный исполнительный
директор Google Inc Эрик Шмидт
на Петербургском
международном экономическом
форуме 2011.
Эрик Шмидт затронул вопрос качественного развития возможностей
интернета, подчеркнув, что со временем глобальная паутина позволит знать о
каждом пользователе все: его биографию, где он находится и чего хочет.
Сегодня этот тезис подтверждают недавние новинки Facebook, а именно функция распознавания лица человека на фотографии в социальной сети.
Как интернет может помочь в решении глобальных проблем?
Например, технологии позволяют пресекать преступность и террор, но
могут и помочь им.
Интернет делает прозрачней деятельность институтов и общества.
38
Заключение
• Проникновение вычислительных машин и
сетевых технологий во все области
человеческой деятельности ставит в
тотальную зависимость цивилизации от
надежности этих технологий.
39