Лекции по "Программному обеспечению"

Лекция  № 11 Средства коммуникации

1. Коммутационные программы

     Средства  коммуникации (коммутационные программы). С появлением электронной связи и компьютерных сетей программы этого класса приобрели очень большое значение. Они позволяют устанавливать соединения с удалёнными компьютерами, обслуживают передачу сообщения электронной почты, работу с телеконференциями (группами новостей), обеспечивают пересылку факсимильных сообщений и выполняют множество других операций в компьютерных сетях.

2. Классификация компьютерных сетей

     Компьютерной  сетью (КС), или сетью ЭВМ, называется комплекс территориально рассредоточенных ЭВМ, связанных между собой каналами передачи данных и сетевым программным обеспечением для предоставления совместного доступа к общему ресурсу сети потенциальному пользователю сети и обмена информацией.

     По  территориальном  у признаку КС делятся:

• на локальные (Local Area Network, LAN) — сети, организованные в пределах существенно ограниченной территории (комната, этаж, здание, соседние здания). Размер локальной сети не превышает нескольких километров;
• региональные (Metropolian Area Network, MAN) — сети, расположенные на обширном участке местности. Региональная сеть может соединять компьютеры внутри города, экономической зоны или отдельно взятой страны;
• глобальные (Wide Area Network, WAN) — сети, которые простираются на расстояния от десятков до десятков тысяч километров и могут объединять сотни локальных. Среди глобальных КС наиболее популярной является сеть Интернет.

     Указанные выше сети различаются:

     • методами передачи данных. В локальных сетях, как правило, используются методы, не требующие предварительной установки соединения — данные просто передаются в канал связи без подтверждения готовности их принять. Глобальные сети ориентированы на подтверждение соединения, т.е. еще до начала передачи данных между компьютерами сети устанавливается соединение, которое подтверждается специальными сигналами (кодами);

     • скоростью передачи данных. Скорость передачи данных в локальных сетях значительно выше (10, 16 и 100 Мбит/с), чем в глобальных (от 2,4 Кбит/с до 2 Мбит/с);

     • разнообразием услуг. В локальных сетях существует широкий набор услуг, таких как файловые службы, услуги печати, услуги баз данных и т.д. Глобальные сети предоставляют в основном услуги, связанные с почтой и обменом файлами;

     • масштабируемостью (возможностью расширения при сохранении качества). Локальные сети обладают плохой масштабируемостью. Глобальным сетям присуща хорошая масштабируемость, так как они изначально разрабатывались для сколь угодно большого числа пользователей.

     В последнее время очень популярны  корпоративные компьютерные сети, которые могут содержать различные сочетания вышеперечисленных признаков и представляют собой сложный комплекс технических, системных и программных средств, функционирующих в рамках отдельных предприятий или корпораций. Территориальный признак в них не имеет никакого значения.

     Основные  направления использования  КС следующие:

     • совместный доступ к аппаратным, программным  и информационным ресурсам (использование дисков или только определенных папок и файлов других компьютеров, принтеров, программного обеспечения, баз и банков данных);

     • предоставление коммуникационных услуг (службы информации, электронной почты, телеконференции и т.д.);

     • распределенная обработка данных. КС можно использовать для обработки данных на отдельных компьютерах, связанных между собой и представляющих распределенную систему.

3. Основные компоненты локальных компьютерных сетей

     Для организации локальной КС необходимо наличие аппаратного и программного компонентов. Аппаратный компонент КС составляют:

     1. Компьютеры. В состав сети могут быть включены различные компьютеры. Их технические характеристики во многом определяют потенциальные возможности образованной с их помощью сети. Совместное использование вычислительных ресурсов КС привело к функциональному разделению компьютеров в сети на компьютеры, предоставляющие ресурсы (серверы), и компьютеры, потребляющие ресурсы (рабочие станции — клиенты).

     Сервер  сети – это компьютер, подключенный к сети и предоставляющий пользователям сети набор некоторых услуг по использованию и распределению ресурсов сети, например, одновременный доступ пользователей к общим данным, печать заданий, прием и обработка запросов к базам данных и т.д. Сервером также называют программное обеспечение, хранящее соответствующую своему ресурсу информацию и отвечающее на запросы клиентского программного обеспечения.

     Примерами серверов могут служить:

     • сервер баз данных (SQL-сервер), принимающий  запросы по локальной сети и возвращающий результаты;

     • сервер телекоммуникаций, обеспечивающий услуги по связи данной локальной  сети с внешним миром;

     • вычислительный сервер, дающий возможность  производить вычисления, которые невозможно выполнить на рабочих станциях;

     •  Web-сервер, на котором размещаются HTML-страницы;

     •  mail-сервер, почтовый сервер организации;

     • файловый сервер, поддерживающий общее  хранилище файлов для всех рабочих  станций.

     Рабочая станция – это подключенный к сети ПК, на котором пользователь непосредственно выполняет работу, использует свою операционную систему и имеет доступ к аппаратным, программным и информационным ресурсам сети. Рабочие станции могут отличаться объемом оперативной памяти, наличием и объемом внутренней дисковой памяти, характеристиками процессора и монитора. Так как рабочие станции в сети выступают клиентами, то клиентом называется и программа, устанавливаемая на компьютере пользователя для составления и посылки запросов соответствующему серверу, получения и отображения информации на компьютере пользователя. Серверы предоставляют материалы, а клиенты пользуются ими. В общем случае клиентом может быть и пользователь.

     2. Линии связи или  каналы передачи  данных. При построении локальных КС в качестве линий связи используются различные типы физических сред передачи данных:

     • проводные, построенные на основе кабеля с электрическим сигналом передачи данных — коаксиального (жесткий медный проводник, отделенный от оплетки толстым слоем изоляционного материала), витой пары (скрученная пара проводников, заключенная в оболочку); с оптическим сигналом передачи данных — волоконно-оптического (состоит из тонких волокон, по которым распространяются световые сигналы);

     • беспроводные (с радиосигналом, микроволновым или инфракрасным сигналом передачи данных) — каналы наземной и спутниковой связи.

     Выбор той или иной линии связи определяется требуемой скоростью передачи данных, а так же расстояниями между отдельными узлами сети.

     Физически компьютеры могут объединяться в  сеть разными способами. Структура физического соединения компьютеров в сеть называется топологией. Правильный выбор топологии сети является очень важным этапом, так как топология – это физически реализованная основа сети, ее непросто изменить после того, как сеть уже создана. Каждая КС обладает своей уникальной топологией, однако в ней всегда можно выделить базовые: общая шина (компьютеры подключаются к одному общему кабелю (шине), по которому происходит обмен информацией), кольцо (сеть не имеет конечного пункта соединения, данные передаются от компьютера к компьютеру по кольцу в одном направлении) и звезда (каждый компьютер отдельным кабелем подключается к концентратору, находящемуся в центре сети).

     Как правило, локальные сети ориентированы  на передачу алфавитно-цифровой, текстовой, графической, мультимедийной информации. Совмещение в одной сети потоков разных видов информации является одним из основных требований, предъявляемых к локальным КС.

     3. Коммутационное оборудование. Протяженность сети, расстояние между рабочими станциями, в первую очередь, определяются физическими характеристиками передающей среды. При передаче данных в любой среде происходит затухание сигнала. Кроме того, в локальных сетях могут наступать коллизии (передача несколькими компьютерами данных по одной и той же линии связи), что приводит к неработоспособности сети. Чтобы преодолеть эти и другие ограничения для связи сегментов сети¹ используется специальное коммутационное оборудование: концентраторы, повторители, коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. Коммутационное оборудование в последнее время играет все большую роль при создании КС. Перечисленное оборудование рассматривается здесь с точки зрения выполнения базовых функций. В настоящее время наблюдается тенденция к универсализации коммутационного оборудования при сохранении базовых названий.

     Концентратор, или хаб (HUB) — устройство для объединения нескольких физических сегментов сетей, обычно с возможностью соединения сетей различных архитектур. Недостатком концентраторов является их невозможность предотвратить коллизии при больших размерах сегмента.

     Повторитель — устройство для соединения сегментов одной сети, обеспечивающее промежуточное усиление сигнала и уменьшение шума (помех) сигналов. Позволяет расширять сеть по расстоянию и количеству подключенных узлов.

     Коммутаторы используются для логической структуризации сетей с целью предотвращения коллизий, а значит, и повышения пропускной способности сети.

     Маршрутизатор — средство для обеспечения связи между отдельными сетями с помощью сетевых (IP) адресов. В общем случае маршрутизатор может представлять собой как специальное устройство, так и универсальный компьютер. В настоящее время наблюдается тенденция вытеснения маршрутизаторов и замена их высокопроизводительными коммутаторами, совмещающими в себе как функции коммутации, так и маршрутизации.

     Шлюз – специальный программно-аппаратный комплекс, предназначенный для обеспечения совместимости между неоднородными сетями².

     Для передачи данных между двумя компьютерами необходимо организовать физическую связь. В локальных сетях традиционно используется некоммутируемая линия связи (линия связи соединяет два компьютера постоянно) и для физического подключения компьютера в сеть применяется специальное устройство — сетевой адаптер (сетевая карта), устанавливаемый обычно в компьютере и соединяющий его с линией связи. Для функционирования сетевых адаптеров необходимы специальные программы — драйверы.

     Для соединения по коммутируемой линии (связь между компьютерами устанавливается  только на время сеанса обмена данным между ними) используется модем (модулятор/демодулятор) — устройство, которое позволяет передавать (принимать) информацию по телефонной линии между удаленными компьютерами. Передающий модем преобразует цифровые данные в аналоговые сигналы, которые могут передаваться по телефонной линии. Принимающий модем переводит аналоговые сигналы обратно в цифровую форму.

     4. К соединительному оборудованию относятся: коннекторы — разъемные и/или неразъемные соединители, прикрепляемые к кабелям, различные кабельные адаптеры и разветвлители — для стыковки разных типов кабелей, усилители и другие устройства. Соединительное оборудование обеспечивает возможность подключения различных сетевых устройств к линиям связи.

4. Программный компонент КС определяют:

     1. Сетевая операционная  система ОС — связывает все компьютеры и периферийные устройства, координирует функции всех компьютеров и периферийных устройств, обеспечивает защищенный доступ к данным и периферийным устройствам в сети, предоставляет собственные ресурсы и определенные услуги в общее пользование.