Понятие компьютерных сетей; локальные и глобальные сети; топологии сетей; сетевые операционные системы.
Цель лекции:
- изучитьаппаратные и программные средства локальных и глобальных сетей.
Появление персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации системы обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникла потребность перехода от использования отдельных компьютеров в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке дан ных в компьютерной вычислительной сети . Абонентами сети могут быть отдельные компьютеры, компьютерные комплексы, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т. д. В зависимости от территориального расположения абонентов компьютерные сети делятся на глобальные , региональные и локальные . Объединение глобальных, региональных и локальных компьютерных сетей позволяет создаватьмногосетевые иерархии , обеспечивающие мощные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам.
В общем случае компьютерная сетьпредставляется совокупностью трех вложенных друг в друга подсистем: сети рабочих станций , сети серверов и базовой сети передачи данных.
Базовыми требованиями, определяющими архитектуру компьютерных сетей, являются следующие: открытость , живучесть , адаптивность , безопасность информации. Указанные требования обеспечиваются модульной организацией управления процессами в сети, реализуемой по многоуровневой схеме. Число уровней и распределение функций между ними существенно влияет на сложность программного обеспечения компьютеров, входящих в сеть, и на эффективность сети. Формальной процедуры выбора числа уровней не существует.
В качестве эталонной модели принята семиуровневая схема: уровень 1 - физический, у ровень 2 - канальный, у ровень 3 -сетевой, уровень 4 –транспортный , 5 - сеансовый , 6 - представительный , 7 - прикладной . Уровни 1-3 организуют базовую сеть передачи данных как систему, обеспечивающую надежную передачу данных между абонентами сети. На уровне 5 по запросам процессов создаются порты для приема и передачи сообщений и организуются соединения - логические каналы.
Порядок реализации связей в сети регулируется протоколами .
Базовые принципы организации компьютерной сети определяют ее основные характеристики: операционные возможности , производительность , время доставки сообщений и стоимость предоставляемых услуг.
Информационные системы, построенные на базе локальных вычислительных сетей , обеспечивают решение следующих задач: хранение данных, обработка данных, организация доступа пользователей к данным, передача данных и результатов их обработки пользователям.
Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Здесь обработка данных распределяется между двумя объектами: клиентом и сервером . Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования и организует доступ к этим данным. В процессе обработки данных клиент формирует запрос к серверу на выполнение сложных процедур. Сервер выполняет запрос, и результаты передает клиенту. Подобная модель вычислительной сети получила названиеархи тектуры клиент-сервер.
Другой моделью вычислительной сети является файл-сервер , запускающий операционную систему и управляющий потоком данных, передаваемых по сети. Отдельные рабочие станции и любые, совместно используемые периферийные устройства (принтеры, сканеры, модемы и т.д.) подсоединяются к файл-серверу. Каждая рабочая станция работает под управлением собственной дисковой операционной системы, но в отличие от автономного персонального компьютера, содержит плату сетевого интерфейса и физически соединена кабелями с файл-сервером. Рабочая станция запускает оболочку сети, которая позволяет использовать файлы и программы, хранящиеся на файл-сервере, так же легко, как и находящиеся на ее собственных дисках. Чтобы включить рабочую станцию в состав сети, оболочка сетевой операционной системы загружается в начало операционной системы компьютера. Оболочка сохраняет большую часть команд и функций операционной системы и добавляет локальной системе больше функций, что придает ей гибкость.
По признаку распределения функций локальные компьютерные сети делятся на одноранговые и двухранговые (иерархические сети или сети с выделенным сервером). В одноранговой сети компьютер выступает и в роли клиента, и в роли сервера. Одноранговое разделение ресурсов является вполне приемлемым для малых офисов с 5-10 пользователями, объединяя их в рабочую группу. Двухранговая сеть организуется на основе сервера, на котором регистрируются пользователи сети. Для современных компьютерных сетей типичной является смешанная сеть, объединяющая рабочие станции и серверы, причем часть рабочих станций образует одноранговые сети, а другая часть принадлежит двухранговым сетям.
Геометрическая схема соединения (конфигурация физического подключения) узлов сети называется топологией сети . Существует большое количество вариантов сетевых топологий, базовыми из которых являются шина , кольцо , звезда . Локальная сеть может использовать одну из перечисленных топологий. Это зависит от количества объединяемых компьютеров, их взаимного расположения и других условий.
Проблемы шинной топологии возникают в следующих случаях: при разрыве в любой точке шины; при выходе из строя сетевого адаптера одного из компьютеров и передачи на шину сигналов с помехами; при необходимости подключения к сети нового компьютера. Недостатками кольцевой организации являются разрывы в любом месте кольца, прекращающие работу всей сети; зависимость времени передачи сообщения временем последовательного срабатывания каждого узла, находящегося между отправителем и получателем; возможность непреднамеренного искажения информации из-за прохождения данных через каждый узел. Комбинация базовых топологий (гибридная)обеспечивает получение широкого спектра решений, аккумулирующих достоинства и недостатки базовых.
В различных сетях существуют различные процедуры, описывающие методы доступа к сетевым каналам (протоколы передачи данных ). Наибольшее распространение получили конкретные реализации методов доступа: Ethernet , Arcnet и Token - Ring .
Метод доступа Ethernet , разработанный фирмой Xerox в 1975 году, пользуется наибольшей популярностью, так как обеспечивает высокую скорость передачи данных и не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Для данного метода доступа используется топология «общая шина».
Метод доступа Arcnet разработанный фирмой DatapointCorp . получил широкое распространение, благодаря тому, что оборудование Arcnet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token - Ring . Arcnet используется в локальных сетях с топологией «звезда».
Метод доступа Token - Ring был разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети.
Кроме проблем создания локальных вычислительных сетей имеется также проблема расширения (объединения) компьютерных сетей. Вычислительная сеть, созданная на определенном этапе развития информационной системы, со временем может перестать удовлетворять потребности всех пользователей. В то же время физические свойства сигналов, каналов передачи данных и конструктивные особенности сетевых компонент накладывают жесткие ограничения на количество узлов и геометрические размеры сети. Для объединения локальных сетей применяются следующие устройства: повторитель , мост , маршрутизатор ,шлюз .
Крупные локальные сети объединяются в глобальные. Функционирование глобальных сетей поддерживают центры управления (специальные компьютеры), которые служат только для административных целей, ведут учет, предоставляют пользователям информацию относительно ресурсов сети, проверяют работу сети. Пользователи общаются с другими абонентами сети посредством специального коммуникационного программного обеспечения. В настоящее время наиболее крупной глобальной сетью, охватывающей практически все страны мира, считается Internet .
Internet обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входят в сети, подключенные к ней, и предоставляет в распоряжение своих пользователей множество всевозможных ресурсов. Тип компьютера и используемая им операционная система значения не имеют.
Для того чтобы информация передавалась между компьютерами независимо от используемых линий связи, типа компьютера и программного обеспечения, разработаны специальные протоколы передачи данных. Они работают по принципу разбиения данных на блоки определенного размера (пакеты), которые последовательно отсылаются адресату. В Интернете используются два основных протокола: межсетевой протокол IP и протокол управления передачей TCP . Так как эти протоколы взаимосвязаны, обычно говорят о протоколе TCP / IP .
Основными ячейками Internet являются локальные вычислительные сети. Если некоторая локальная сеть подключена к Internet , то каждая рабочая станция этой сети также может подключаться к Internet . Компьютеры, самостоятельно подключаемые к Internet , называются хост-компьютерами .
Каждый подключенный к сети компьютер имеет свой адрес. К адресам станций предъявляются специальные требования. Адрес должен иметь формат, позволяющий вести его обработку автоматически, и должен нести информацию о своем владельце. С этой целью для каждого компьютера устанавливаются два адреса:цифровой IP -адрес идоменный адрес . Первый из них более понятен компьютеру, второй - человеку. Оба эти адреса являются равноправными.
Для упрощения связи абонентов сети все ее адресное пространство разбито на отдельные области – домены , которые в системе адресов Internet представлены географическими регионами и имеют имя, состоящее из двух букв. Существуют домены, разделенные по тематическим признакам, имеющие трехбуквенное сокращенное название. Компьютерное имя включает как минимум два уровня доменов, которые отделяются друг от друга точкой. Справа указывается домен верхнего уровня, слева - поддомены общего домена.
Для обработки пути поиска в доменах имеются специальные серверы имен .
Использование технологий Интернета необязательно реализуется в рамках всемирной информационной сети. Технологии, применяемые в глобальной сети, пригодны и для создания мощных корпоративных информационных систем и систем обеспечения коллективной работы (IntraNet ).
Компоненты (протоколы, программы, компьютеры-серверы), собранные вместе для обеспечения одной из услуг Internet , называются сервисами (услугами, службами) сети. Одним из важнейших сервисов является электронная почта . Локальные системы электронной почты характеризуются секретностью, низкой стоимостью и высокой функциональностью. Существуют два основных вида локальных систем: централизо ванные системы и системы на основе локальных сетей . Существует множество программных пакетов электронной почты. К ним относятся Microsoft Outlook Express , Microsoft Mail , Novell Group Wise и другие. Возможности электронной почты могут быть использованы в Internet . При этом используется система адресов, базирующаяся на доменном адресе компьютера, подключенного к Internet .
Дополнительную информацию по теме можно получить в .
Цель обучения студентов основам компьютерных сетей - обеспечить знание теоретических и практических основ в области LAN и WAN, сетевых прикладных программ и приложений для создания веб-страниц и сайтов, в области организации компьютерной безопасности и защиты информации в сетях, а также в области ведения бизнеса в Интернет.
Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, которые могут осуществлять информационное взаимодействие друг с другом с помощью коммуникационного оборудования и программного обеспечения.
Телекоммуникации - это передача и прием такой информации как звук, изображение, данные и текст на большие расстояния по электромагнитным системам: кабельным каналами; оптоволоконным каналам; радиоканалам и другим каналам связи. Телекоммуникационная сеть - это совокупность технических и программных средств, посредством которых осуществляются телекоммуникации. К телекоммуникационным сетям относятся: 1. Компьютерные сети (для передачи данных) 2. Телефонные сети (передача голосовой информации) 3. Радиосети (передача голосовой информации - широковещательные услуги) 4. Телевизионные сети (передача голоса и изображения - широковещательные услуги)
Зачем нужны вычислительные или компьютерные сети? Компьютерные сети создаются с целью доступа к общесистемным ресурсам (информационным, программным и аппаратным), распределенным (децентрализованным) в этой сети. По территориальному признаку различают сети локальные и территориальные (региональные и глобальные).
Следует различать компьютерные и терминальные сети. Компьютерные сети связывают компьютеры, каждый из которых может работать и автономно. Терминальные сети обычно связывают мощные компьютеры (мэйнфреймы) с терминалами (устройствами ввода - вывода информации). Примером терминальных устройств и сетей может служить сеть банкоматов или касс продажи билетов.
Основное отличие LAN от WAN состоит в качестве, использованных линий связи и в том, что в ЛВС существует только один путь передачи данных между компьютерами, а в WAN их множество (существует избыточность каналов связи). Так как линии связи в ЛВС более качественные, то скорость передачи информации в LAN гораздо выше, чем в WAN. Но осуществляется постоянное проникновение технологий LAN в WAN и наоборот, что значительно повышает качество сетей и расширяет спектр предоставляемых услуг. Таким образом, различия между LAN и WAN постепенно сглаживаются. Тенденция сближения (конвергенция) характерна не только для LAN и WAN, но и для телекоммуникационных сетей других типов, к которым относятся радиосети, телефонные и телевизионные сети. Телекоммуникационные сети состоят из следующих компонентов: сети доступа, магистрали, информационные центры. Компьютерную сеть можно представить многослойной моделью, состоящей из слоев:
компьютеры;
коммуникационное оборудование;
операционные системы;
сетевые приложения. В компьютерных сетях используются различные типы и классы компьютеров. Компьютеры и их характеристики определяют возможности компьютерных сетей. К коммуникационному оборудованию относятся: модемы, сетевые карты, сетевые кабели и промежуточная аппаратура сетей. К промежуточной аппаратуре относятся: приемопередатчики или трансиверы (traceivers), повторители или репитеры (repeaters), концентраторы (hubs), мосты (bridges), коммутаторы, маршрутизаторы (routers), шлюзы (gateways).
Для обеспечения взаимодействия программно-аппаратных комплексов в компьютерных сетях были приняты единые правила или стандарт, который определяет алгоритм передачи информации в сетях. В качестве стандарта были приняты сетевые протоколы, которые определяют взаимодействие оборудования в сетях. Так как взаимодействие оборудования в сети не может быть описано одним единственным сетевым протокол, то был применен многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. В результате была разработана семиуровневая модель взаимодействия открытых систем - OSI. Эта модель разделяет средства взаимодействия на семь функциональных уровней: прикладной, представительный (уровень представления данных), сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия оборудования в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. Наиболее популярным является стек - TCP/IP. Этот стек используется для связи компьютеров в сети Internet и в корпоративных сетях.
Протоколы реализуются автономными и сетевыми операционными системами (коммуникационными средствами, которые входят в ОС), а также устройствами телекоммуникационного оборудования (мостами, коммутаторами, маршрутизаторами, шлюзами). К сетевым приложениям относятся различные почтовые прикладные программы (Outlook Express, The Bat, Eudora и другие) и браузеры - программы для просмотра веб-страниц (Internet Explorer, Opera, Mozzila Firefox и другие). К прикладным программам для создания сайтов относятся: Macromedia HomeSite Plus, WebCoder, Macromedia Dreamweaver, Microsoft FrontPage и другие приложения. Большой интерес представляет глобальная информационная сеть Интернет. Internet – это объединение транснациональных компьютерных сетей с различными типами и классами компьютеров и сетевого оборудования, работающих по различным протоколам и передающих информацию по различным каналам связи. Интернет - это мощное средство телекоммуникации, хранения и предоставления информации, ведения электронного бизнеса и дистанционного (интерактивного или он-лайн) обучения.
1.Типы компьютерных сетей. Типы, осн компоненты лвс.
Типы компьютерных сетей:
Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) - система связи между двумя или более компьютерами. Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило - различные виды электрических сигналов или электромагнитного излучения.Типы компьютерных сетей: Персональная сеть (англ. Personal Network) - это сеть, построенная «вокруг» человека. Данные сети призваны объединять все персональные электронные устройства пользователя (телефоны, карманные персональные компьютеры, смартфоны, ноутбуки, гарнитуры и.т.п.). К стандартам таких сетей в настоящее время относят Bluetooth.ЛВС – служит для объединения компьютеров, расположенных на незначительном расстоянии друг от друга. Такая сеть обычно не выходит за пределы одного помещения.Городская вычислительная сеть (англ. MAN - Metropolitan Area Network) охватывает несколько зданий в пределах одного города либо город целиком.Корпоративная сеть – совокупность ЛВС, мощных ЭВМ и терминальных систем, использующих общую информационную магистраль для обмена.Национальная сеть – сеть объединяющая ЭВМ в пределах одного государства (National LambdaRail, GEANT)Глоб-я вычислит-я сеть – сеть передачи данных, рассчитанная на обслуж-е значит-х террит-й с использ-ем общедоступных коммуникац-ых линий.
Типы: По типу функционального взаимодействия: Одноранговая - наиболее простые и предназнач для небольших раб групп. С их помощью Польз-ли нескольких комп-ров могут использ-ть общие диски, принтеры и др. устройства, передавать друг другу сообщения и выполнять другие коллективные операции. Здесь любой комп-р может выполнять как роль сервера, так и клиента. Такая сеть дешева и проста в обслуж-ии, но не может обеспечивать защиту информации при больших размерах сети). Многоранговые(в них для хранения разделяемых данных и программ использования рес-сов совместного доступа использ-ся выделенные комп-ры – серверы. Такая сеть имеет хорошие возможности для расширения, высокая производительности и надежность, но требует постоянного квалифицированного обслуживания).По типу сетевой топологии: Шина, Звезда, Кольцо, Решётка. Смешанная топология.По сетевым ОС: Windows,UNIX, Смешанные.
Типы, основные компоненты ЛВС:
Раб станция – комп-р, предназнач для локальной сети. Сетевой адаптер – спец-я плата, кот позволяет взаимодей-ть комп-ру с другими устрой-ми данной сети. Он осущ-ет физич-ю связь м/у устройствами сети посредством сетевого кабеля.Сервер – некоторое обслуживающее устройство, кот в ЛВС выполняет роль управляющего центра и концентратора данных. Это комбинация аппаратных и программных средств, кот служит для управления сетевыми ресурсами общего доступа.
3. Топология сети. Сетевые стандарты (типы сетей) Среда передачи данных (сетевой кабель).
Сетевая тополо́гия (от греч. τόπος, место) - описание конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.
Сетевая топология может быть:
физической - описывает реальное расположение и связи между узлами сети.
логической - описывает хождение сигнала в рамках физической топологии.
Существует множество способов соединения сетевых устройств, из них можно выделить пять базовых топологий: шина, кольцо, звезда, ячеистая топология и решётка. Остальные способы являются комбинациями базовых. В общем случае такие топологии называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные названия, например «Дерево».
Кольцо́ - базовая топология компьютерной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутую сеть. В кольце не используется конкурентный метод посылки данных, компьютер в сети получает данные от соседа и перенаправляет их дальше, если они адресованы не ему. Для определения того, кому можно передавать данные обычно используют маркер. Данные ходят по кругу, только в одном направлении.
Достоинства: Простота установки; Практически полное отсутствие дополнительного оборудования; Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.
Недостатки: Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети; Сложность конфигурирования и настройки; Сложность поиска неисправностей;
Ши́на , представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.
Отправляемое рабочей станцией сообщение распространяется на все компьютеры сети. Каждая машина проверяет - кому адресовано сообщение и если ей, то обрабатывает его. Для того, чтобы исключить одновременную посылку данных, применяется либо «несущий» сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» остальным станциям. Достоинства Небольшое время установки сети; Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств); Простота настройки; Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети;
Недостатки Любые неполадки в сети, как обрыв кабеля, выход из строя терминатора полностью уничтожают работу всей сети; Сложная локализация неисправностей; С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.
Звезда́ - базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно сетевой концентратор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило "дерево").
Рабочая станция, которой нужно послать данные, отсылает их на концентратор, а тот определяет адресата и отдаёт ему информацию. В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных.
Достоинства: выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом; хорошая масштабируемость сети; лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети; высокая производительность сети (при условии правильного проектирования); гибкие возможности администрирования.
Недостатки выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом; для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий; конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.
Ячеистая топология (в англ. mesh) - соединяет каждую рабочую станцию сети со всеми другими рабочими станциями этой же сети. Топология относится к полносвязным, в отличие от других - неполносвязных.
Отправитель сообщения по очереди соединяется с узлами сети, пока не найдёт нужный, который примет у него пакеты данных.
Сравнение с другими топологиями
Достоинства надёжность, при обрыве кабеля у компьютера в сети остаётся достаточно путей соединения.
Недостатки большая стоимость установки; сложность настройки и эксплуатации;
В проводных сетях данная топология используется редко, поскольку из-за преизбыточного расхода кабеля становится слишком дорогой. Однако, в беспроводных технологиях сети на основе ячеистой технологии встречаются всё чаще, поскольку затраты на сетевой носитель не увеличиваются и на первый план выходит надёжность сети.
Решётка - понятие из теории организации компьютерных сетей. Это топология, в которой узлы образуют регулярную многомерную решетку. При этом каждое ребро решетки параллельно ее оси и соединяет два смежных узла вдоль этой оси. Одномерная «решётка» - это цепь, соединяющая два внешних узла (имеющие лишь одного соседа) через некоторое количество внутренних (у которых по два соседа - слева и справа). Соединив оба внешних узла, получается топология «кольцо». Двух- и трехмерные решетки используются в архитектуре суперкомпьютеров.
Достоинства: высокая надежность. Недостатки: сложность реализации.
В кач-ве физич-ой среды передачи сигналов м\у комп-мивыступает
Сетевой кабель .Коаксиальный – сост. из медной жилы, изоляции, ее окружающей, медной оплетки и внешней оболочки. Может иметь дополн-но слой фольги. Тонкий коакс кабель – гибкий, диаметром примерно 0,5 см, способен передавать сигналы на расстоянии до 185 м без заметного искажения. Способен передавать данные со скоростью 10 Мбит/с, позволяет реализовать топологию шина и кольцо. Толстый коакс кабель – диаметр примерно 1 см, медная жила толще, чем у тонкого. Передает сигналы на расстояние 500 м. К нему для подключения исп-ся спец устр-во – трансивер, кот снабжен спец коннектором.Витая пара – два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Скрутка проводов позволяет избавиться от электрических помех, наводимых соседними парами и др источниками.STP(экранированная витая пара) иUTP(неэкранированная витая пара) – позволяет передавать сигнал до 100 м. Сущ-ет 5 категорий UTP: 1) традиционный телефонный кабедь для передачи аналоговых сигналов 2) кабель из 4 витых пар, спос-ый передавать сигналы со скор 4Мбит/с 3) кабель из 4 витых пар, спос-ый передавать сигналы со скор 10Мбит/с 4) 16 Мбит/с 5) 100-1000 Мбит/с (Чем выше категория пары, тем короче шаги скрутки). Для подключения витой пары к сети используется коннектор RJ-45. Исполь-ся в топологии типа звезда.Оптоволоконный – данные перед-ся по оптическим волокнам в виде модулируемых световых импульсов. Явл-ся надежным и защищенным способом передачи, поскольку электрич сигналы при этом не передаются, след-но, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные. Оптоволоконные линии преднезнач для перемещ-я больших объемов данных на высоких скоростях. Сигнал в них практически не затихает и не искажается. Он состоит из тонкого стеклянного цилиндра, называемого жилой, покрытого слоем стекла (оболочки) с иным, чем у жилы коэффициентом искажения. Иногда оптоволокно изгот из пластика. Каждое оптоволокно передает сигналы т-ко в одном направлении, поэтому кабель состоит из 2 волокон с отдельными коннекторами (для передачи и для приема). Одномодовый имногомодовый – для связи на короткие расстояния, т.к. он проще в монтажной эксплуатации. Оптоволокно использ-ся для прокладки информац-ых магистралей, корпоративных сетей, для передачи данных на значит-ые расстояния. (2 километра в полнодуплексном режиме по многомодовому оптическому волокну и до 32 километров по одномодовому).
Wireless LAN (WLAN) - беспроводная локальная вычислительная сеть. Wi-Fi - один из вариантов Wireless LAN. Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, может уменьшить стоимость развёртывания и расширения сети. Стандарты 802.11a/b/g скорости от 11 до 53 Мбит/сек. WiMAX - протокол широкополосной радиосвязи (Worldwide Interoperability for Microwave Access), разработанный консорциумом (англ. WiMAX Forum). . В отличие от сетей WiFi (IEEE 802.11x), где доступ к точке доступа клиентам предоставляется случайным образом, в WiMAX каждому клиенту отводится четко регламентированный промежуток времени. Кроме того, WiMAX поддерживает ячеистую топологию.
Мышь
Клавиатура
Клавиатура – клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых данных, а также команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя.
Функции клавиатуры не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечение для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) в составе базовой системы ввода-вывода, и поэтому компьютер реагирует на нажатия клавиш сразу после включения.
Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функционально распределенных по нескольким группам.
Группа алфавитно-цифровых клавиш предназначена для ввода знаковой информации и команд, набираемых по буквам. Каждая клавиша может работать в нескольких режимах (регистрах) и, соответственно, может использоваться для ввода нескольких символов.
Группа функциональных клавиш включает двенадцать клавиш, размещенных в верхней части клавиатуры. Функции, закрепленные за данными клавишами, зависят от свойств конкретной работающей в данный момент программы, а в некоторых случаях и от свойств операционной системы. Общепринятым для большинства программ является соглашение о том, что клавиша F1 вызывает справочную систему, в которой можно найти справку о действии прочих клавиш.
Служебные клавиши располагают рядом с клавишами алфавитно-цифровой группы. В связи с тем, что ими приходится часто пользоваться, они имеют увеличенный размер. К ним относятся клавиши SHIFT, ENTER, ALT, CTRL, TAB, ESC, BACKSPACE и др.
Две группы клавиш управления курсором расположены справа от алфавитно-цифровой панели.
Группа клавиш дополнительной панели дублирует действие цифровых и некоторых знаковых клавиш основной панели. Появление дополнительной клавиатуры относится к началу 80-х годов. В то время клавиатуры были относительно дорогостоящими устройствами. Первоначальное назначение дополнительной панели состояло в снижении износа основной панели при проведении расчетно-кассовых вычислений, а также при управлении компьютерными играми. В наши дни клавиатуры относят к малоценным быстроизнашивающимся устройствам и приспособлениям, и существенной необходимости оберегать их от износа нет.
Мышь – устройство управления манипуляторного типа . Представляет собой плоскую коробочку с двумя-тремя кнопками. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.
В отличие от клавиатуры мышь не является стандартным органом управления, и персональный компьютер не имеет для нее выделенного порта. Для мыши нет и постоянного выделенного прерывания, а базовые средства ввода и вывода не содержат программных средств для обработки прерываний мыши. В связи с этим в первый момент после включения компьютера мышь не работает. Она нуждается в поддержке специальной системной программы – драйвера мыши. Драйвер мыши предназначен для интерпретации сигналов, поступающих через порт. Кроме того, он обеспечивает механизм передачи информации о положении и состоянии мыши операционной системе и работающим программам.
Компьютером управляют перемещением мыши по плоскости и кратковременными нажатиями правой и левой кнопок (щелчками). В отличие от клавиатуры мышь не может напрямую использовать для ввода знаковой информации – е принцип управления является событийным. Перемещения мыши и щелчки ее кнопок являются событиями с точки зрения ее программы-драйвера. Анализируя эти события, драйвер устанавливает, когда произошло событие и в каком месте экрана в этот момент находился указатель. Эти данные передаются в прикладную программу, с которой работает пользователь в данный момент. По ним программа может определить команду, которую имел в виду пользователь, и приступить к ее выполнению.
Комбинация монитора и мыши обеспечивает наиболее современный тип интерфейса пользователя, который называется графическим. Пользователь наблюдает на экране графические объекты и элементы управления. С помощью мыши он изменяет свойства объектов и приводит в действие элементы управления компьютерной системой, а с помощью монитора получает отклик в графическом виде.
К числу регулируемых параметров мыши относятся: чувствительность (выражает величину перемещения указателя на экране при заданном линейном перемещении мыши), функции правой и левой кнопок, а также чувствительность к двойному нажатию (максимальный интервал времени, при котором два щелчка кнопкой мыши расцениваются как один двойной щелчок).
Компьютерная сеть (КС) – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных .
В общем случае под телекоммуникационной сетью (ТС ) понимаютсистему, состоящую из объектов, осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта, называемых пунктами (узлами) сети, и линий передачи (связи, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами .
В зависимости от вида продукта – информация, энергия, масса – различают соответственно информационные, энергетические и вещественные сети.
Информационная сеть (ИС) – коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования информации является информация. Традиционно для передачи звуковой информации используются телефонные сети, изображений – телевидение, текста – телеграф (телетайп). В настоящее время все большее распространение получают информационные сети интегрального обслуживания, позволяющие передавать в едином канале связи звук, изображение и данные.
Вычислительная сеть (ВС ) – информационная сеть, в состав которой входит вычислительное оборудование. Компонентами вычислительной сети могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети.
ВС классифицируют по ряду признаков.
1. В зависимости от расстояния между узлами сети ВС можно разделить на три класса:
· локальные (ЛВС, LAN – Local Area Network ) – охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1…2 км);
· корпоративные (масштаба предприятия ) – совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или несколько близко расположенных зданиях;
· территориальные – охватывающие значительное географическое пространство; среди территориальных сетей можно выделить сети региональные (MAN – Metropolitan Area Network) и глобальные (WAN – Wide Area Network), имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы.
Компьютерные телекоммуникации -- одна из наиболее динамично развивающихся областей информационных технологий. По сравнению с другими разделами информационных технологий ее технологическая составляющая значительно превосходит теоретическую. Поэтому эффективность изучения данной темы сильно зависит от возможности организовать практическую работу учащихся с компьютерными сетями.
В рамках данного раздела базового курса реализуется следующий перечень педагогических целей: дать представление о назначении и структуре локальных и глобальных сетей; познакомить учащихся с основными информационными услугами сетей, с возможностями Internet; обучить способам обмена файлами в локальной сети компьютерного класса; познакомить со способами поиска информации в Internet (при наличии технических возможностей).
локальные сети;
глобальные сети.
Тема компьютерных сетей обширна по числу понятий и может излагаться с разной степенью подробности. Раскрытие этой темы в школьных учебниках, как правило, носит краткий характер. Поэтому, наряду с обсуждением вопросов методики, в данный подраздел пособия включены дополнительные сведения по теме, которые будут полезны учителю.
Изучаемые вопросы:
¦ Локальная сеть (ЛС), организация и назначение.
¦ Локальные сети школьных КУВТ.
¦ Организация глобальных сетей (ГС).
¦ Информационные услуги ГС.
¦ Аппаратные средства сетей.
¦ Что такое Internet.
¦ Информационные услуги Internet и World Wide Web.
Если компьютеры в школьном кабинете информатики объединены в локальную сеть, то это обстоятельство существенно облегчает изучение данной темы. Именно школьный компьютерный класс должен стать отправной точкой в разговоре о передаче информации в компьютерных сетях. Определив компьютерную сеть как систему компьютеров, связанных каналами передачи информации, учитель демонстрирует такую систему на оборудовании компьютерного класса и сообщает, что такая сеть называется локальной.
Локальные компьютерные сети небольшие по масштабам и работают в пределах одного помещения, здания, предприятия. Возможно, что в школе действует локальная сеть, объединяющая компьютеры, установленные в разных помещениях: в учебных кабинетах, кабинете директора, бухгалтерии и др. Точно так же в локальную сеть часто объединяются различные отделы предприятий, фирм, учреждений.
Локальные сети, в зависимости от назначения и технических решений, могут иметь различные структуры объединения компьютеров. Их еще называют конфигурациями, архитектурой, топологией сети.
Бывают ситуации в ЛС, когда топология не имеет какой-то регулярной структуры. Например, компьютеры могут соединяться по принципу "каждый с каждым".
Использование локальных сетей отвечает двум основным целям:
1) обмену файлами между пользователями сети;
2) использованию общедоступных ресурсов: большого пространства дисковой памяти, принтеров, централизованной базы данных, программного обеспечения и др.
Пользователей общей локальной сети принято называть рабочей группой, а компьютеры, за которыми они работают, -- рабочими станциями. Если все компьютеры в сети равноправны, т.е. сеть состоит только из рабочих станций пользователей, то ее называют одноранговой сетью. Одноранговые сети используются для осуществления первой из отмеченных целей: для обмена файлами. У каждого компьютера в такой сети есть свое имя. Члены рабочей группы могут обращаться по этим именам к дисковой памяти ПК своих коллег и копировать файлы на свой компьютер или копировать свои файлы на другие компьютеры. Возможность такого обмена обеспечивается специальной сетевой операционной системой. Средствами сетевой ОС можно защитить информацию от постороннего доступа. Таким образом, локальная сеть избавляет от необходимости использовать дискеты для переноса информации с одного компьютера на другой.
Другой способ организации локальной сети -- сеть с выделенным (главным) компьютером. Его называют файл-сервером. Чаще всего в школьных компьютерных классах используется именно такая организация. К файл-серверу имеет доступ учитель, а ученики работают за рабочими станциями. Все рабочие станции соединены с главной машиной (схема соединения "звезда"). Поэтому непосредственный обмен информацией происходит между сервером и каждой рабочей станцией. Конечно, в такой системе ученики тоже могут обмениваться файлами, но "транзитом" через сервер. Обычно сервер -- это более мощная машина, чем рабочие станции, с большим жестким диском, с дополнительными внешними устройствами (например, CD-ROM -- дисководом, принтером, модемом). При такой организации локальной сети реализуется вторая из отмеченных выше целей: доступ пользователей к общим аппаратным и информационным ресурсам сервера. В частности, программы, хранящиеся на диске сервера, могут загружаться в оперативную память рабочей станции и запускаться на исполнение подобно тому, как это делается с собственного диска ПК. Со своего рабочего места пользователь может создавать и сохранять файлы на жестком диске сервера.
Работой сети управляет сетевая операционная система. Операционная система поддерживает стандарты (протоколы) обмена информацией в сети, устанавливает очередность при обращении различных пользователей к одним и тем же ресурсам и пр. Основное назначение сетевой ОС -- дать возможность пользователям работать в локальной сети, не мешая друг другу. Работу одноранговых сетей поддерживает операционная система Windows 95/98. Наиболее распространенные ОС для сетей с выделенным сервером: Novell NetWare, Windows NT.
Глобальные компьютерные сети объединяют между собой ЭВМ, расположенные на больших расстояниях (в масштабах региона, страны, мира). Если локальную сеть ученики могут увидеть своими глазами, то знакомство с глобальными сетями будет носить более описательный характер. Здесь, как и во многих других темах, приходит на помощь метод аналогий. Устройство глобальной сети можно сравнить с устройством системы телефонной связи -- телефонной сети. Телефоны абонентов связаны с узлами-коммутаторами. В свою очередь, все городские коммутаторы связаны между собой так, что между любыми двумя телефонами абонентов может быть установлена связь. Вся эта система образует телефонную сеть города. Городские (региональные) сети связаны между собой по междугородним линиям. Выход на телефонные сети других стран происходит по международным линиям связи. Таким образом, весь мир "опутан" телефонными сетями. Два абонента в любой части света, подключенные к этой сети, могут связаться друг с другом.
Рассказав об этом, предложите ученикам представить, что у абонентов вместо телефонных аппаратов установлены персональные компьютеры; вместо коммутаторов -- мощные компьютерные узлы, и по такой сети циркулирует самая разнообразная информация: от текстовой до видео и звука. Это и есть современная мировая система глобальных компьютерных сетей.
Первая глобальная компьютерная сеть начала действовать в 1969 г. в США, она называлась ARPANET и объединяла в себе всего 4 удаленных компьютера. Примером современной сети научно-образовательного назначения является BITNET. Она охватывает 35 стран Европы, Азии и Америки, объединяет более 800 университетов, колледжей, научных центров. Крупнейшей российской сетью является RELCOM, созданная в 1990 г. RELCOM входит в европейское объединение сетей EUNET, которая, в свою очередь, является участником гигантского мирового сообщества INTERNET. Такая иерархичность характерна для организации глобальных сетей.
Сеть состоит из узловых хост-компьютеров, ПК абонентов сети, линии связи. Обычно узел сети содержит не один, а множество компьютеров. Функции серверов различных сетевых услуг могут выполнять разные компьютеры.
Хост-компьютеры постоянно находятся во включенном состоянии, постоянно готовы к приему-передаче информации. В таком случае говорят, что они работают в режиме on-line. Компьютеры абонентов выходят на связь с сетью (в режим on-line) лишь на определенное время -- сеанс связи. Переслав и получив необходимую информацию, абонент может отключиться от сети и далее работать с полученной информацией автономно -- в режиме off-line. Маршрут передачи информации пользователю обычно неизвестен. Он может быть уверен лишь в том, что информация проходит через узел подключения и доходит до пункта назначения. Маршрутизацией передаваемых данных занимаются системные средства сети. В разных сеансах связь с одним и тем же корреспондентом может проходить по разным маршрутам.
Шлюзом называют компьютер, организующий связь данной сети с другими глобальными сетями.
Информационные услуги глобальных сетей. Электронная почта. В истории глобальных сетей электронная почта (e-mail) появилась как самая первая информационная услуга. Эта услуга остается основной и важнейшей в компьютерных телекоммуникациях. Можно сказать, что происходит процесс вытеснения традиционной бумажной почты электронной почтой. Преимущества последней очевидны: прежде всего, это высокая скорость доставки корреспонденции (минуты, редко -- часы), сравнительная дешевизна. Уже сейчас огромные объемы деловой и личной переписки идут через e-mail. Электронная почта в сочетании с факсимильной связью обеспечивают абсолютное большинство потребностей в передаче писем и документов.
Для того чтобы абонент мог воспользоваться услугами электронной почты, он должен:
* иметь аппаратное подключение своего персонального компьютера к почтовому серверу узла компьютерной сети;
* иметь на этом сервере свой почтовый ящик и пароль для обращения к нему;
* иметь личный электронный адрес;
* иметь на своем компьютере клиент-программу электронной почты (мэйлер).
Наряду с электронной почтой в глобальных сетях существуют и другие виды информационных услуг для пользователей.
Telnet. Эта услуга позволяет пользователю работать в режиме терминала удаленного компьютера, т. е. использовать установленные на нем программы так же, как программы на собственном компьютере.
FTP. Так называется сетевой протокол и программы, которые обслуживают работу с каталогами и файлами удаленной машины. Клиент FTP имеет возможность просматривать каталоги FTP-cepверов, копировать интересующие его файлы.
Archie. Так называются специальные серверы, выполняющие роль поисковых программ в системе FTP-серверов. Они помогают быстро найти нужные вам файлы.
Gopher. Система поиска и извлечения информации из сети с развитыми средствами многоуровневых меню, справочных книг, индексных ссылок и пр.
WAIS. Сетевая информационно-поисковая система, основанная на распределенных базах данных и библиотеках.
Usenet. Система телеконференций. Другое название -- группы новостей. Обслуживает подписчиков определенных тематических конференций, рассылая им материалы по электронной почте. ящики абонентов и, обнаружив там исходящую корреспонденцию, организует ее отравление. Аппаратные средства сетей. Хост-компьютеры (серверы). Хост-компьютер имеет собственный уникальный адрес в сети и выполняет роль узловой машины, обслуживающей абонентов. В качестве хост-компьютеров используются разные типы машин: от мощных ПК до мини-ЭВМ и даже мэйнфреймов (больших ЭВМ). Основные требования -- высокоскоростной процессор и большой объем дисковой памяти (сотни Гбайт). На хост-компьютерах в сети Internet используется операционная система Unix. Все сервер-программы, обслуживающие приложения, работают под управлением Unix.
Из того о чем уже говорилось выше, следует, что понятие "сервер" носит программно-аппаратный смысл. Например, хост-компьютер, на котором в данный момент работает сервер-программа электронной почты, выполняет роль почтового сервера. Если на этой же машине начинает работать сервер-программа WWW, то она становится Web-сервером. Часто функции серверов различных услуг разделены на узле сети между разными компьютерами.
Линии связи. Основные типы линий связи между компьютерами сети: телефонные линии, электрические кабели, оптоволоконный кабель и беспроводная связь. Главными параметрами линий связи являются пропускная способность (максимальная скорость передачи информации), помехоустойчивость, стоимость. По параметру стоимости самыми дорогими являются оптоволоконные линии, самыми дешевыми -- телефонные. Однако с уменьшением цены уменьшается и качество работы линии. В табл. 12.1 даны сравнительные характеристики линий по параметрам скорости и помехоустойчивости.
Таблица 1. Характеристики линий связи
Чаще всего для связи между хост-компьютерами используются выделенные телефонные линии или радиосвязь. Если узлы сети расположены сравнительно недалеко друг от друга (в пределах города), то связь между ними может быть организована по кабельным линиям -- электрическим или оптоволоконным. В последнее время в сети Internet активно используется спутниковая радиосвязь.
Обычно абоненты (клиенты) подключаются к узлу своего провайдера через телефонную линию. Все чаще для этих целей начинает применяться беспроводная связь.
С точки зрения пользователя, Интернет -- это определенное множество информационных услуг, которые он может получать от сети. В число услуг входят: электронная почта, телеконференции (списки рассылки), архивы файлов, справочники и базы данных, Всемирная паутина -- WWW и пр. Интернет -- это неограниченные информационные ресурсы. Влияние, которое окажет Интернет на развитие человеческого общества, еще до конца не осознано.
Информационные услуги Интернет. Наряду с перечисленными выше информационными услугами (электронной почтой, телеконференциями и др.), предоставляемыми пользователям глобальных сетей, существуют услуги, появление и развитие которых связано исключительно с развитием мировой сети Интернет. Наиболее заметной среди них является WWW.
WWW-- World Wide Web -- Всемирная паутина. Это гипертекстовая информационная система в Интернете. В последнее время WWW и ее программное обеспечение становится универсальным средством информационных услуг в Интернет.
Основные понятия, связанные с WWW:
Web-страница -- основная информационная единица в WWW, имеющая свой адрес;
Web-сервер -- компьютер, хранящий Web-страницы и соответствующее программное обеспечение для работы с ними;
Web-браузер -- клиент-программа, позволяющая извлекать и просматривать Web-страницы;
Web-сайт -- раздел данных на Web-сервере, принадлежащий какой-то организации или лицу. В этом разделе его владелец размещает свою информацию в виде множества взаимосвязанных Web-страниц. Обычно сайт имеет титул -- головную страницу, от которой по гиперссылкам или указателям "вперед-назад" можно двигаться по страницам сайта. Наиболее популярными Web-браузерами являются Internet Explorer и Netscape Navigator. Основная задача браузера -- обращение к Web-серверу за искомой страницей и вывод страницы на экран. Простейший способ получения нужной информации из Интернет -- указание адреса искомого ресурса. Для хранения и поиска информации в Интернет используется универсальная адресация, которая носит название URL -- Uniform Resource Locator. В помощь пользователю в Интернет действует ряд специальных поисковых программ. Еще их называют поисковыми серверами, поисковыми машинами, поисковыми системами. Поисковая система выдает пользователю список адресов документов, в которых встречаются указанные пользователем ключевые слова. Ниже приведены адреса наиболее популярных российских поисковых серверов:
http://mssia.agama.com/Aport/
http://www.rambler.ru/
http://yandex.ru/
http://www.altavista.telia.com/
Кроме WWW, среди относительно новых услуг в Интернет существуют следующие:
IRC. Internet Relay Chat -- "болтовня" в реальном времени. Позволяет вести письменный диалог удаленным собеседникам в режиме on-line;
Internet-телефония. Услуга, поддерживающая голосовое общение клиентов сети в режиме on-line.
При наличии возможности выхода в Интернет, практическая работа учащихся может быть организована по таким направлениям:
* подготовка, отправление и прием электронной почты;
* работа с Web-браузером, просмотр Web-страниц;
* обращение в FTP -- серверам, извлечение файлов;
* поиск информации в системе WWW с помощью поисковых программ.
Знакомство с каждым новым видом прикладного программного обеспечения, обслуживающим соответствующую информационную услугу (почтовая программа, Web-браузер, поисковая программа) следует проводить по стандартной методической схеме: данные, среда, режимы работы, система команд.
