МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт Радиотехнических Систем и Управления Кафедра Систем Автоматического Управления Реферат по теме: «Компьютерные технологии управления. Сетевые технологии» по курсу: «Компьютерные технологии автоматизации и управления» Выполнил: студент группы РТМО1-41 ________________ Проверил: к.т.н., доцент каф. САУ __________________ «___»____________2021г. Таганрог 2021 г. Содержание Введение ....................................................... Ошибка! Закладка не определена. 1. Понятие и классификация сетевых технологий……………………………5 2. Основные проблемы решаемые при создании компьютерных сетей……8 3.Основные требования, предъявляемые к сетям……………………………..13 Список используемой литературы .................................................................... 155 2 Введение В середине 80-х годов положение дел в локальных сетях стало кардинально меняться. Утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть - Ethernet, Arcnet, Token Ring. Мощным стимулом для их развития послужили персональные компьютеры. Эти массовые продукты явились идеальными элементами для построения сетей - с одной стороны, они были достаточно мощными для работы сетевого программного обеспечения, а с другой - явно нуждались в объединении своей вычислительной мощности для решения сложных задач, а также разделения дорогих периферийных устройств и дисковых массивов. Поэтому персональные компьютеры стали преобладать в локальных сетях, причем не только в качестве клиентских компьютеров, но и в качестве центров хранения и обработки данных, то есть сетевых серверов, потеснив с этих привычных ролей мини-компьютеры и мэйнфреймы. Стандартные сетевые технологии превратили процесс построения локальной сети из искусства в рутинную работу. Для создания сети достаточно было приобрести сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet, стандартный кабель, присоединить адаптеры к кабелю стандартными разъемами и установить на компьютер одну из популярных сетевых операционных систем, например, NetWare. После этого сеть начинала работать и присоединение каждого нового компьютера не вызывало никаких проблем - естественно, если на нем был установлен сетевой адаптер той же технологии. Локальные сети в сравнении с глобальными сетями внесли много нового в способы организации работы пользователей. Доступ к разделяемым ресурсам стал гораздо удобнее - пользователь мог просто просматривать списки имеющихся ресурсов, а не запоминать их идентификаторы или имена. После соединения с удаленным ресурсом можно было работать с ним с помощью уже знакомых пользователю по работе с локальными ресурсами команд. Последствием и одновременно движущей силой такого прогресса 3 стало появление огромного числа непрофессиональных пользователей, которым совершенно не нужно было изучать специальные (и достаточно сложные) команды для сетевой работы. А возможность реализовать все эти удобства разработчики локальных сетей получили в результате появления качественных кабельных линий связи, на которых даже сетевые адаптеры первого поколения обеспечивали скорость передачи данных до 10 Мбит/с. Конечно, о таких скоростях разработчики глобальных сетей не могли даже мечтать - им приходилось пользоваться теми каналами связи, которые были в наличии, так как прокладка новых кабельных систем для вычислительных сетей протяженностью в тысячи километров потребовала бы колоссальных капитальных вложений. А «под рукой» были только телефонные каналы связи, плохо приспособленные для высокоскоростной передачи дискретных данных - скорость в 1200 бит/с была для них хорошим достижением. Поэтому экономное расходование пропускной способности каналов связи часто являлось основным критерием эффективности методов передачи данных в глобальных сетях. В этих условиях различные процедуры прозрачного доступа к удаленным ресурсам, стандартные для локальных сетей, для глобальных сетей долго оставались непозволительной роскошью. 4 1.Понятие и классификация сетевых технологий Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети. Эпитет «достаточный» подчеркивает то обстоятельство, что этот набор представляет собой минимальный набор средств, с помощью которых можно построить работоспособную сеть. Возможно, эту сеть можно улучшить, например, за счет выделения в ней подсетей, что сразу потребует кроме протоколов стандарта Ethernet применения протокола IP, а также специальных коммуникационных устройств - маршрутизаторов. Улучшенная сеть будет, скорее всего, более надежной и быстродействующей, но за счет надстроек над средствами технологии Ethernet, которая составила базис сети. Термин «сетевая технология» чаще всего используется в описанном выше узком смысле, но иногда применяется и его расширенное толкование как любого набора средств и правил для построения сети, например, «технология сквозной маршрутизации», «технология создания защищенного канала», «технология IP-сетей». Протоколы, на основе которых строится сеть определенной технологии (в узком смысле), специально разрабатывались для совместной работы, поэтому от разработчика сети не требуется дополнительных усилий по организации их взаимодействия. Иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея в виду то, что на их основе строится базис любой сети. Примерами базовых сетевых технологий могут служить наряду с Ethernet такие известные технологии локальных сетей как, Token Ring и FDDI, или же технологии территориальных сетей Х.25 и frame relay. Для получения работоспособной сети в этом случае достаточно приобрести программные и аппаратные средства, относящиеся к одной базовой технологии - сетевые адаптеры с драйверами, концентраторы, коммутаторы, 5 кабельную систему и т. п., - и соединить их в соответствии с требованиями стандарта на данную технологию. Классификация сетевых технологий осуществляется по признакам специализации, способу организации, способу связи, составу компьютеров, наличия ограничений на состав пользователей, охвату территории. Признак специализации лежит в основе выделения универсальных и специализированных сетевых технологий. Универсальные технологии предназначены для решения широкого круга задач пользователей, а специализированные – для решения ограниченного перечня специальных задач. Специализированными являются, в частности, технологии резервирования мест на авиационные рейсы. По способу организации различают одноранговые (одноуровневые) и двухуровневые (иерархические) технологии. Двухуровневые технологии предполагают, что в составе сети имеются рабочие станции, а также выделяется специальный компьютер, называемый сервером. Сервер обслуживает рабочие станции и предоставляет им свои ресурсы, которые обычно значительно выше, чем ресурс рабочей станции. За счет специализации компьютеров достигается повышение производительности сети, более широкий спектр и качество услуг Компьютерные сети, в которых отсутствует выделенный сервер, причем все компьютеры могут взаимодействовать друг с другом на равных правах, называются одноранговыми. Здесь функции сервера и рабочей станции совмещены: каждый компьютер пользователя может предоставлять другому компьютеру свои ресурсы или запрашивать их у него и использовать чужие. Одноранговые сети существенно дешевле и проще в эксплуатации. По составу компьютеров сетевые технологии классифицируют на однородные и неоднородные. Однородные технологии предполагают наличие в сети компьютеров одного типа, разработанных одной фирмой. 6 Неоднородные технологии базируются на единых универсальных стандартах взаимодействия, обеспечивающих возможность использования разнотипных компьютеров, поставляемых различными фирмами. Способ связи позволяет разделить проводные, беспроводные и спутниковые сетевые технологии. В проводных технологиях в качестве физической среды для передачи данных используются плоский двухжильных кабель, витая пара проводов, коаксиальный кабель либо световод. Беспроводные сетевые технологии используют частотные каналы передачи данных – инфракрасное излучение, СВЧ – излучение, широкополосные радиосигналы. Они уступают по скорости передачи данных проводным технологиям. Радиус надежной связи различается, в зависимости от типа излучения и не превышает нескольких сотен метров. Вместе с тем, для перехода к беспроводной технологии нет необходимости что-либо изменять в уже имеющейся сети: беспроводные рабочие станции интегрируются в кабельную сеть. Спутниковые сетевые технологии предполагают наличие двух частотных каналов – для отправителя и для получателя. Их применение оправдано при значительном удалении абонентов друг от друга, а также если использование традиционных – проводных технологий сопряжено с большим ослаблением сигналов и наличием шумов. По признаку наличия ограничений на состав пользователей различаются сети закрытого и открытого типа. В закрытых сетях доступ к ресурсам разрешен ограниченному кругу абонентов. Открытые сети ориентированы на обслуживание любы пользователей без ограничений. По охвату территории различают локальные и глобальные (крупномасштабные) технологии. Признаками локальной сетевой технологии являются: небольшое количество и однородность используемых компьютеров; использование единого комплекта протоколов для всех участников сети; компактность ее размещения – в одном помещении, на одном этаже здания, в одном здании, либо в группе близко расположенных 7 зданий, и небольшие расстояния между узлами сети; объединение компьютеров в сеть с помощью высокоскоростного оборудования. Следствием этого является более простые методы управления взаимодействием узлов сети, а также более высокие скорости передачи данных. Стандартами таких сетей в настоящее время являются протоколы сетей ArcNet, Token Ring и Ethernet. Для глобальных сетевых технологий характерно следующее: масштабность – как по площади, охватываемой сетью, так и по количеству имеющихся в ней узлов; географическая удаленность друг от друга компьютеров, расположенных на значительном расстоянии в разных городах и странах; использование разными узлами сети различных протоколов; неоднородность: элементами сети являются как отдельные компьютеры, так и локальные сети. Архитектура и программное обеспечение входящих в состав сети компьютеров также могут быть различными; основу сети составляют мощные многопользовательские вычислительные системы и специализированные компьютеры, выполняющие функции коммуникационных узлов. В составе глобальных технологий по их принадлежности корпоративные выделяют или территориальные ведомственные, а также или региональные, федеральные сетевые технологии. 2. Основные проблемы, решаемые при создании компьютерных сетей Существует следующие основные способы объединения компьютеров в локальную сеть (топологии сети): «звезда», «общая шина», «кольцо». Топология «звезда» предполагает, что каждый компьютер подключен с помощью отдельного кабеля к объединяющему устройству. Топология «общая шина» означает, что используется один кабель, к которому подключены все компьютеры сети. При использовании топологии «кольцо» компьютеры соединяются последовательно и данные передаются от одного к 8 другому как бы по эстафете. Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данными называется прямым соединением. Возможны различные сочетания указанных структур, в частности, гибридные построения типа шина - звезда или кольцо - звезда. В свою очередь, несколько локальных сетей, имеющих различную топологию, можно объединить в единую сеть. Основными проблемами, решаемыми при создании компьютерных сетей, являются обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам, а также обеспечение совместимости программ и данных на уровне системы кодирования и формата данных. Решение подобных проблем лежит в сфере стандартизации. На основе технических предложений Международного института стандартов (International Standards Organization - ISO) создана так называемая Модель взаимодействия открытых систем – Model of Open System Interconnections (OSI). В соответствии с этой моделью системы компьютерной связи используют семь уровней взаимодействия: прикладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный (иначе говоря, уровень соединения), физический. Взаимодействие в рамках каждого из семи уровней осуществляется с использованием соответствующих правил и соглашений, называемых протоколами передачи данных или сетевыми протоколами. Протокол уровня 1 (физического) определяет электромеханические, функциональные и процедурные характеристики физического соединения устройств. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обеспечивает также для следующего уровня прозрачность передачи битов, мониторинг производительности, физический контроль и исправление ошибок. Протокол уровня 2 (канального) обеспечивает функциональные и процедурные средства активизации, поддержки и деактивизации логического (информационного канала) между двумя смежными узлами. Протокол обеспечивает для нужд 3-го уровня выполнение таких функций, как синхронизация и упорядочение при передаче пакетов, обнаруживает ошибки 9 и исправляет данные в передаваемых пакетах, а также осуществляет контроль перегрузок в информационном канале. Протокол уровня 3 (сетевого) обеспечивает установление соединения между двумя абонентами сети в сети, поддерживает и ликвидирует это соединение. Этот протокол содержит процедуры передачи сигналов (сигнальных пакетов), сетевой маршрутизации, формирования пакетов и сборки сообщений, контроля перегрузок и управления информационными потоками. Протокол уровня 4 (транспортного) обеспечивает надежность и прозрачность передачи данных по сети между двумя конечными системами независимо от типа подсети связи. Протокол уровня 5 (сеансового) обеспечивает управление диалогом между взаимодействующими приложениями (организация и синхронизация диалога). Протокол уровня синтаксического 6 (представительного) несоответствия в диалоге устраняют проблемы используемых разными приложениями кодов и форматов данных. Протокол уровня 7 (прикладного) обеспечивает взаимодействие пользователя с вычислительной системой. Каждый из уровней использует при взаимодействии систем-абонентов услуги нижестоящего уровня и обеспечивает своими услугами вышестоящий уровень. Модель OSI не определяет международные, государственные или промышленные рекомендательный стандарты характер. сетевого В взаимодействия, настоящее время а стандартами носит для неоднородных сетей стали лишь первые три уровня этой модели. Основными элементами компьютерных сетей являются каналы связи, станции, узлы, коммуникационная сеть. Для объединения компьютеров могут использоваться коаксиальный кабель, неэкранированная витая пара, а 10 также телефонные, волоконно-оптические, спутниковые и иные виды линий связи. Устройства, взаимодействующие между собой через сеть, принято называть станциями. В качестве станций могут выступать компьютеры, терминалы, принтеры и другое коммуникационное оборудование. При отсутствии непосредственной связи между источником и потребителем передача осуществляется через промежуточные, коммуникационные узлы сети, основная функция которых - обеспечить передачу информации транзитом. Множество коммуникационных узлов в совокупности со связывающими их между собой каналами связи образуют коммуникационую сеть (подсеть связи). Если в качестве станций, подключаемых к узлам коммуникационной сети, выступают компьютеры и терминалы, то подсеть связи с подключенными к ней станциями образует вычислительную сеть. Наличие подсети связи с коммуникационными узлами является отличительной особенностью крупномасштабных вычислительных сетей. Несколько однотипных локальных сетей могут образовывать более сложные структуры с помощью общих сетевых узлов – «мостов». Для связи между собой нескольких локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства – шлюзы. Шлюзы бывают аппаратными (специальный компьютер – шлюзовый сервер) и программными (шлюзовое приложение). 3.Основные требования, предъявляемые к сетям К основным требованиям, предъявляемым к сетям, относятся простота использования, высокая скорость передачи информации, низкая стоимость и соблюдение секретности. При организации локальной сети разработчик обычно сталкивается с выбором передающей среды, конфигурации сети и протоколов, управляющих ее работой, а также инструментальных средств. 11 Группу сотрудников, работающих над одним и тем же проектом в рамках локальной сети, называют рабочей группой. В рамках одной сети могут существовать несколько рабочих групп. Участники рабочих групп могут иметь различные права для доступа к общим ресурсам сети. Это отражается в политике сети, как совокупности процедур ограничения и разделения прав участников сети. Управление организацией работы участников сети осуществляет администратор сети. Его деятельность, направленная, в частности, на регулирование доступа к общим ресурсам участников разных рабочих групп, для которых действует соответствующая политика, называется администрированием сети. 12 Заключение Сегодня вычислительные сети продолжают развиваться, причем достаточно быстро. Разрыв между локальными и глобальными сетями постоянно сокращается во многом из-за появления высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам локальных сетей. В глобальных сетях появляются службы доступа к ресурсам, такие же удобные и прозрачные, как и службы локальных сетей. Подобные примеры в большом количестве демонстрирует самая популярная глобальная сеть - Internet. Изменяются и локальные сети. Вместо соединяющего компьютеры пассивного кабеля в них в большом количестве появилось разнообразное коммуникационное оборудование - коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. Благодаря такому оборудованию появилась возможность построения больших корпоративных сетей, насчитывающих тысячи компьютеров и имеющих сложную структуру. Возродился интерес к крупным компьютерам - в основном из-за того, что после спада эйфории по поводу легкости работы с персональными компьютерами выяснилось, что системы, состоящие из сотен серверов, обслуживать сложнее, чем несколько больших компьютеров. Поэтому на новом витке эволюционной спирали мэйнфреймы стали возвращаться в корпоративные вычислительные системы, но уже как полноправные сетевые узлы, поддерживающие Ethernet или Token Ring, а также стек протоколов TCP/IP, ставший благодаря Internet сетевым стандартом де-факто. Проявилась еще одна очень важная тенденция, затрагивающая в равной степени как локальные, так и глобальные сети. В них стала обрабатываться несвойственная ранее вычислительным сетям информация - голос, видеоизображения, рисунки. Это потребовало внесения изменений в работу протоколов, сетевых операционных систем и коммуникационного оборудования. Сложность передачи такой мультимедийной информации по 13 сети связана с ее чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных - задержки обычно приводят к искажению такой информации в конечных узлах сети. Так как традиционные службы вычислительных сетей такие как передача малочувствительный файлов к или задержкам электронная трафик и все почта - создают элементы сетей разрабатывались в расчете на него, то появление трафика реального времени привело к большим проблемам. Сегодня эти проблемы решаются различными способами, в том числе и с помощью специально рассчитанной на передачу различных типов трафика технологии АТМ, Однако, несмотря на значительные усилия, предпринимаемые в этом направлении, до приемлемого решения проблемы пока далеко, и в этой области предстоит еще много сделать, чтобы достичь заветной цели - слияния технологий не только локальных и глобальных сетей, но и технологий любых информационных сетей - вычислительных, телефонных, телевизионных и т. п. Хотя сегодня эта идея многим кажется утопией, серьезные специалисты считают, что предпосылки для такого синтеза уже существуют, и их мнения расходятся только в оценке примерных сроков такого объединения - называются сроки от 10 до 25 лет. Причем считается, что основой для объединения послужит технология коммутации пакетов, применяемая сегодня в вычислительных сетях, а не технология коммутации каналов, используемая в телефонии, что, наверно, должно повысить интерес к сетям этого типа. 14 Список используемой литературы 1. Букатов А. А., Гуда С. А. «Компьютерные сети. Расширенный начальный курс» 2019 2. «Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы» В. Олифер, Н. Олифер 2017 3. https://studfile.net/preview/5758893/ 4. http://db4.sbras.ru/elbib/data/show_page.phtml?20+1509 15
