Учебное пособие 908

31

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе – средствам мультимедиа (multimedia - многосредовость), позволяющим человеку общаться с компьютером, используя самые разные естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др.

Вопросы для самопроверки

1.Что из периферийных устройств относится к устройствам ввода?

2.Как называется монитор, работающий от прикосновения пальца человека к его экрану?

3.Для чего служит сенсорный монитор в ЭВМ? Является ли он устройством ввода или нет?

4.Какие устройства ЭВМ относятся к устройствам вывода и какие функции они выполняют?

5.Что такое разрешающая способность монитора и в чем она измеряется?

6.Для чего используется модем в вычислительной технике?

7.Сравните матричный и струйный принтеры. В чем заключаются их преимущества друг перед другом?

8.Опишите процесс превращения текста, хранимого в ОЗУ, в изображение, видимое на экране монитора.

9.Что такое шрифты True Type? В чем их главная особенность?

10.Можно ли редактировать информацию на лазерных дисках?

11.Чем различаются по возможностям и назначению последовательные и параллельные порты ввода – вывода?

12.На каких физических принципах работают устройства ввода – вывода?

13.Что такое средства мультимедиа?

14.Что такое видеоадаптер и видеомонитор и каково их назначение?

15.Что такое сканер и каково его назначение?

16.Что такое USB?

17.Что такое разрешение принтера?

3. Локальные и глобальные сети

Современное производство требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм ее хранения и передачи. С появлением малых ЭВМ, микроЭВМ и персональных компьютеров возникло логически обоснованное требование перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных, выполняемой на независимых, но связанных между собой

32

компьютерах. Высшей формой многомашинных ассоциаций являются компьютерные сети.

Компьютерная (вычислительная) сеть – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему для совместного решения информационных, вычислительных, учебных и других задач.

3.1.Сетевые технологии обработки данных

Сети ЭВМ породили новые технологии обработки информации, которые позволяют совместно использовать ресурсы: накопители большой емкости, печатающие устройства, доступ к сети Интернет, базы и банки данных.

Простейшим видом сети является одноранговая сеть, обеспечивающая связь персональных компьютеров (ПК) конечных пользователей и позволяющая совместно использовать дисководы, принтеры, файлы. В такой сети все вычислительные системы имеют одинаковый статус и возможности доступа к ресурсам.

Более развитые сети помимо компьютеров конечных пользователей – рабочих станций – включают в себе специальные выделенные компьютеры – серверы, выполняющие в сети особые функции обслуживания остальных компьютеров сети. Есть разные виды серверов: файловые, коммуникационные, баз данных. Пользователи получают доступ к совместно используемым ресурсам на этих выделенных серверах, а не к ресурсам друг друга, что улучшает защиту данных.

Локальная сеть (ЛС или LAN-Local Area Network) расположена в отдельном здании или группе рядом стоящих зданий.

Средние (MAN-Metropolitan Area Network) и глобальные (WANWide Area Network) сети связывают находящиеся на значительном расстоянии сети и ресурсы.

В сети WAN обычно используется высокоскоростной оптоволоконный кабель, соединяющий сегменты LAN конкретной области: научного городка, технопарка, большого города. Такой кабель или микроволновая связь, антенны которой монтируются на крышах зданий, соединяют непосредственно серверы. Сети WAN обеспечивают глобальную связь по телефонным линиям и через спутники. Такие виды связи работают значительно медленнее, чем в локальных сетях, но и объем трафика (потока сообщений в сети передачи данных) здесь ниже.

В типичной LAN-сети передается 10-100 Мбит/с, а в типичном соединении WAN 1-10 Мбит/с.

33

Общая модель вычислительной сети определяет характеристики сети в целом и характеристики и функции входящих в нее основных компонентов. Описание общей модели вычислительной сети – это ее архитектура.

При росте сети необходимо обеспечить совместимость всех добавляемых компонентов. Продукты, разрабатываемые с соблюдением определенных стандартов для обеспечения совместной работы, называют

открытыми системами.

Например, модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection), предложенная Международной организацией стандартизации, состоит из семи уровней, каждый из которых описывает системы, которые могут связываться и взаимодействовать друг с другом:

•прикладной – определяет круг прикладных задач, реализуемых в данной вычислительной сети;

•представительный – гарантирует представление данных в кодах и формах, принятых в данной системе,

•сеансовый – реализует установление и поддержку сеанса связи между двумя абонентами через коммуникационную сеть;

•транспортный – устанавливает логические (транспортные) каналы

иобеспечивает передачу по этим каналам информационных пакетов, т.е. групп байт, передаваемых абонентами сети друг другу;

•сетевой – реализует межсетевое взаимодействие;

•канальный – обеспечивает управление потоком данных в виде кадров, в которые упаковываются информационные пакеты, обнаруживает ошибки передачи и реализует алгоритм восстановления информации в случае обнаружения сбоев или потерь данных;

•физический – управляет аппаратурой передачи данных и подключенным к ней каналом связи.

Преимущества семиуровневой модели в том, что изменение в процессе развития и совершенствовании любой системы одного из уровней не влечѐт за собой необходимости внесения изменений в другие уровни.

Протоколы компьютерной сети

Протокол – набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ.

Байт-ориентированный – протокол обеспечивает передачу сообщений по информационному каналу в виде последовательности байтов.

34

Наиболее распространенный байт-ориентированный протокол – BSC (Binary Synchronous Communication) – протокол двоичной синхронной связи.

Бит-ориентированный протокол предусматривает передачу информации в виде потока битов, не разделяемых на байты. Биториентированные протоколы являются более скоростными по сравнению с байт-ориентированными. Типичным представителем группы биториентированных протоколов является протокол HDLC (High-level Data Lihk Control – высший уровень управления каналом связи).

Из протоколов верхнего уровня модели взаимодействия открытых систем отметим протокол X.400 (электронная почта) и FTAM (File Transfer, Access и Management – передача файлов, доступ к файлам и управление файлами).

Для протоколов физического (нижнего) уровня стандарты определены МККТТ (Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии). Цифровая передача предусматривает

использование протоколов X.21		и X.21 – бис.
Для локальных вычислительных сетей используются стандарты,
разработанные	Институтом	инженеров	по	электротехнике	и
радиоэлектронике IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).
Комитеты IEEE 802 разработали ряд стандартов, принятых
Международной	организацией	по стандартизации		ISO (International

Organization for Standardization) и другими организациями:

802.1 – верхние уровни и административное управление;

802.2 – управление логическим звеном данных LLC (Logical Link Control);

802.3 – случайный метод доступа к среде (CSMA/CD-Carrier Sense Multiple Access with Collision Delection – множественный доступ с контролем передачи и обнаружением столкновений);

802.4 – маркерная шина;

802.5 – маркерное кольцо;

802.6 – городские сети.

Вопросы для самопроверки

1.Что такое компьютерная сеть?

2.Для чего создаются локальные сети ЭВМ?

3.Что такое сервер? рабочая станция?

4.Как обеспечивается совместимость добавляемых компонентов сети?

5.Что такое открытая система?

6.Функции сетевых ОС?

35

3.2.Основы компьютерной коммуникации

Абоненты сети – объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети.

Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая передающая среда – линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы и аппаратура передачи данных.

На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентами.

Для передачи сообщений в вычислительных сетях используются различные типы каналов связи – выделенные телефонные каналы, специальные каналы для передачи цифровой информации, радиоканалы, каналы спутниковой связи. В локальных вычислительных сетях в качестве передающей среды используются витая пара проводов, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель.

Чтобы обеспечить передачу информации из ЭВМ в коммуникационную среду, необходимо согласовать сигналы внутреннего интерфейса ЭВМ с параметрами сигналов, передаваемых по каналам связи. Технические устройства, выполняющие функции сопряжения ЭВМ с каналами связи, называются сетевыми адаптерами. Один адаптер обеспечивает сопряжение с ЭВМ одного канала связи. Устройство сопряжения ЭВМ с несколькими каналами связи называется

мультиплексором передачи данных.

Для передачи цифровой информации по каналу связи необходимо поток битов преобразовать в аналоговые сигналы, а при приеме информации из канала связи в ЭВМ выполнить обратное действие. Такие преобразования выполняет специальное устройство – модем. Модем – устройство, выполняющее модуляцию и демодуляцию информационных сигналов при передаче их из ЭВМ в канал связи и при приеме в ЭВМ из канала связи.

Коммутируемый канал – обычная телефонная линия. По видам передаваемой информации бывают следующие разновидности модемов:

•только для обмена данными между компьютерами;

•факс-модемы (передача данных + прием-передача факсов);

•факс-голос-модемы.

По компоновке различают внутренние (устанавливаемые в слот материнской платы PCI) и внешние (подключаемые к системному блоку через СОМ-порт или USB-разъем) модемы.

Модем является стандартным устройством для подключения компьютера к мировой сети Интернет. В качестве канала связи между

36

компьютером пользователя и компьютером поставщика услуг Интернет может использоваться обычная (коммутируемая, т.е. переключаемая) телефонная линия, называемая удаленным доступом, либо специально выделенная телефонная линия, называемая прямым доступом.

Установление соединения с Интернет осуществляет организацияпровайдер (provider), которая будет перенаправлять информацию с помощью сетевого протокола TCP/IP по телефонным линиям на компьютер пользователя. Такой способ доступа называется Dial-Up, пропускная способность данного способа ограничена скоростью используемого модема и качеством телефонных линий.

Наиболее дорогим компонентом вычислительной сети является радиоканал. Концентратор – устройство, коммутирующее несколько внутренних каналов связи на один внешний путем частотного разделения.

В локальных вычислительных сетях, где физическая передающая среда представляет собой кабель ограниченной длины, для увеличения протяженности сети используются специальные устройства – повторители, которые обеспечивают сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее, чем предусмотрено данным типом физической среды, расстояние.

Характеристики коммуникационной сети:

-скорость передачи данных по каналу связи. Измеряется количеством битов информации, передаваемых за единицу времени. Единицы измерения [бит/с] =1бод;

-пропускная способность. Оценивается количеством знаков, передаваемых по каналу за единицу времени [знаков/с];

-достоверность. Оценивают как отношение количества ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков. Единица измерения [ошибок/знак];

-надежность. Определяется средним временем безотказной работы. Единица измерения безотказной работы – час. Для вычислительных сетей время безотказной работы должно быть большим и составлять как минимум несколько тысяч часов.

Локальные сети состоят из программных и аппаратных средств. Аппаратные средства включают в себя платы сетевого интерфейса и связывающие их кабели, а программные средства – драйверы для работы с периферийными устройствами и сетевую ОС, которая управляет всей работой.

37

Сеть может включать в себе серверы, рабочие станции, платы сетевого интерфейса, кабели, совместно используемые ресурсы и периферию. Упрощенно говорят, что ЛВС - это совокупность серверов и рабочих станций. Сервер – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами. Сервер – источник ресурсов сети. Рабочая станция – персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам.

Итак, компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Обработка данных распределена между двумя объектами: клиентом и сервером. Клиент – это задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети. Клиент обрабатывает полученные от сервера по запросу данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя. В принципе обработка данных может быть выполнена и на сервере (архитектура клиент-сервер). В методологии клиент-сервер предполагается глубокое разделение функций компьютеров в сети.

Отметим, что в одной сети могут одновременно функционировать подсистемы, использующие различные сетевые операционные системы (ОС). Каждый компьютер подключается к сети с помощью платы сетевого интерфейса, которая поддерживает конкретную сетевую схему, например, Ethernet, ARC net или Token Ring. К плате сетевого интерфейса подключается сетевой кабель. Обычно применяют два типа сетевых кабелей: защищенная

витая пара и волоконно-оптический кабель.

Витая пара почти повсеместно вытеснила коаксиальный кабель, обладающий невысокой скоростью передачи данных и малой надежностью. В единой изолирующей оболочке может быть несколько витых пар, каждая витая пара соединяет с сетью только один компьютер, что повышает надежность сети, но приводит к увеличению стоимости.

Волоконно-оптические кабели передают данные в виде световых импульсов по световодам. Такие кабели имеют высокую пропускную способность и надежность.

Беспроводные линии используются для связи удаленных сегментов ЛС на расстояниях 3-5 км с антенной типа "волновой канал" и 25 км с направленной параболической антенной при условии прямой видимости.

Для связи компьютеров с помощью линий связи ЛС требуются адаптеры сети (сетевые платы), которые вставляются непосредственно в свободный слот материнской платы ПК, и к нему на задней панели системного блока подстыковывается линия связи ЛС.

Помимо кабелей и адаптеров в сетях используются другие устройства:

38

концентратор, или хаб (hub) – устройство, объединяющее несколько ветвей звездообразной локальной сети и транслирующее пакеты во все ветви сети одинаково. Объединяемых ветвей может быть от двух до 32 по числу портов концентратора. Концентраторы могут связываться друг с другом в стеки, что еще более увеличивает число объединяемых ветвей;

коммутатор, или свич (switch), – устройство, объединяющее несколько ветвей звездообразной ЛС, но, в отличие от концентраторов, обеспечивающее трансляцию пакетов в заданные ветви. Это дает физическое разделение ветвей сети, оптимизацию потоков данных в ней и повышение защищенности от несанкционированного проникновения;

маршрутизатор, или роутер (router), – устройство, выполняющее преобразование данных между различными средами и стандартами передачи, обеспечивающее объединение локальных сетей с глобальными сетями, использующими разнообразные физические технологии передачи данных и интерфейсы.

ЛС в зависимости от назначения могут иметь различную конфигурацию (топологию).

Вкольцевой (круговой) ЛС информация передается по замкнутому каналу. Каждый абонент непосредственно связан с двумя ближайшими соседями, хотя в принципе способен связаться с любым абонентом сети.

Врадиальной (звездообразной) ЛС в центре находится центральный управляющий компьютер-концентратор, последовательно связывающийся с абонентами и друг с другом.

Вшинной (монокальной) конфигурации компьютеры подключены к общему для них каналу (шине), через который могут обмениваться сообщениями.

Вдревовидной (иерархической) ЛС существует "главный" компьютер, которому подчинены компьютеры следующего уровня, и т. д.

Кроме того, возможны конфигурации без отчетливого характера связей; например, полносвязная конфигурация, когда каждый компьютер в сети непосредственно связан с любым другим компьютером. Наибольшее распространение получила радиальная архитектура локальных сетей.

Процесс передачи данных по сети определяет последовательность шести компонент: компьютер-источник, блок протокола, передатчик, физическая кабельная среда, приемник, компьютер-адресат. Существуют определенные стратегии доступа от одного компьютера к другому. В маркерных методах доступа (селективная передача) компьютер-абонент получает от центрального компьютера сети так называемый маркер-сигнал

39

на право ведения передачи в течение определенного времени, после чего маркер передается другому абоненту.

При конкурентном методе доступа абонент начинает передачу данных, если обнаруживает линию свободной. При другом варианте этого метода – резервировании времени – у каждого абонента есть определенный промежуток, в течение которого линия принадлежит только ему. К конкурентным схемам относится, например, сеть Ethernet, а сети Token Ring и ARCnet являются сетями с маркерным доступом. Отметим, что сети Token Ring и ARCnet не смогли конкурировать в плане производительности с сетями Ethernet.

Появление компьютерных сетей привело к развитию сетевых операционных систем, обеспечивающих использование распределенных коллективных технологий при выполнений разнообразных работ. Для работы в сетях создан специальный класс программного обеспечения – групповое программное обеспечение (groupware). Оно позволяет пользователям взаимодействовать и координировать свою деятельность.

Вопросы для самопроверки

1.Какие виды линий (каналов) используются для связи компьютеров в сетях?

2.Что такое сетевой адаптер? концентратор? коммутатор?

маршрутизатор?

3.Какие бывают конфигурации ЛС?

4.Какие методы доступа от компьютера к компьютеру используются в локальных сетях?

5.Какие конфигурации ЛС используются в компьютерных классах вашего вуза?

6.Что такое распределенная обработка данных?

7.Классификация компьютерных сетей.

8.Назовите основные элементы компьютерной сети.

9.Назовите основные аппаратные средства систем передачи данных.

10.Что такое скорость передачи данных?

11.Что такое пропускная способность канала связи?

12.Что такое достоверность передачи информации?

13.Что такое надежность системы передачи данных?

14.Что такое открытая система?

15.Назовите основные формы взаимодействия абонентских ЭВМ в сети.

16.Что такое архитектура вычислительной сети?

17.Что представляет собой эталонная модель взаимодействия открытых систем? Каковы основные функции верхних уровней эталонной модели, а также уровней транспортного, сетевого, канального, физического?

40

18.Что такое протокол?

19.Зачем вводятся стандарты для протоколов?

20.Назовите основные типы физической передающей среды для ЛВС.

21.Дайте характеристику витой пары, коаксиального кабеля, оптоволоконного кабеля.

22.Почему возникает проблема объединения компьютерных сетей и какие технические средства используют для их объединения?

3.3.Сетевой сервис и сетевые стандарты. Программы

для работы в сети Интернет

Набор общепринятых правил, определяющих механизм взаимодействия компьютеров в сети, называется протоколом. Различают два типа протоколов:

базовые отвечают за физическую пересылку электронной информации между компьютерами;

прикладные обеспечивают передачу сообщений, файлов, электронной почты и т.д.

В ЛС данные передаются от одного компьютера к другому пакетами данных. Пакеты могут передаваться между рабочими станциями без подтверждения – это тип связи на уровне датаграмм. Важное преимущество датаграмм – возможность посылки пакетов сразу всем станциям в сети (протоколы передачи данных IPX, NETBIOS и др.).

Протокол IP (Internet Protocol) задействован в гигантской мировой суперсети Интернет, но все шире используется и в малых, локальных сетях. Полное название протокола – TCP/IP состоит из двух частей:

•Transmission Control Protocol (TCP);

•Internet Protocol (IP).

Протоколы TCP/IP функционируют следующим образом: перед передачей по сети информация разбивается на маленькие порции-блоки. К каждому блоку добавляется заголовок, в результате формируется пакет. В заголовке содержится:

•адрес отправителя;

•адрес получателя;

•номер пакета;

•номер следующего пакета.

ТСР собирает пакеты воедино в соответствии с их номерами. ТСР предназначен для контроля передачи, контроля целостности передаваемой информации. Протокол IP описывает формат пакета данных, передаваемых