Компьютерные сети

  В оптоволоконных  каналах находит применение известный  физический феномен полного внутреннего  отражения света; внутри оптоволоконного  кабеля световые импульсы передаются  на  большие расстояния практически  без потерь. Такие каналы связи, несмотря на относительно высокую  стоимость, получают все большее  распространение.

  В компьютерных сетях  для передачи данных между  узлами сети применяют три  технологии: коммутацию каналов, коммутацию  сообщений и коммутацию пакетов.

   Коммутация каналов (обеспечиваемая телефонной сетью  общего пользования) позволяет с  помощью коммутаторов установить  прямое соединение между узлами  сети.

   При коммутации  сообщений устройства, называемые  коммутаторами (выполнение на базе  универсальных или специализированных  компьютеров), позволяют накапливать  сообщения и посылать их в  соответствии с заданной системой  приоритетности и принципами  маршрутизации другим узлам сети.

  Такой подход может  замедлять доставку сообщений (по  сравнению с коммутацией каналов), однако при этом сглаживаются   пиковые нагрузки в сети, и  повышается ее устойчивость.

  При пакетной коммутации  данные пользователя разбиваются  на мелкие порции – пакеты, каждый из которых содержит  служебные поля и поле данных. Далее применяют два основных  способа передачи данных: виртуальный  канал, когда между узлами устанавливается  и поддерживается соединение  как бы по выделенному каналу  и режим дейтаграмм, когда каждый  пакет из набора, содержащего  данные пользователя, передается  между узлами независимо друг  от друга. Первый способ соединения  называют также контактным режимом , второй – бесконтактным.

  К техническим средствам  коммуникации в компьютерных  сетях относятся кабели (экранированная  и неэкранированная витая пара, коаксиальный, оптоволоконный), коннекторы  и терминаторы, сетевые адаптеры, повторители, разветвлители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы, а также модемы, позволяющие  использовать различные протоколы  передачи данных и топологии  в единой неоднородной системе.

            4.     Информационные технологии  передачи данных в 

                                компьютерных сетях.

       Компьютерная  сеть Internet является наиболее  популярной  глобальной

сетью. В ее состав  входит  множество  свободно  соединенных  сетей.  Внутри каждой сети, входящей в Internet, существуют конкретная  структура  связи  и определенная дисциплина  управления.  Внутри  Internet  структура  и  методы соединений между различными сетями для  конкретного  пользователя  не  имеют никакого значения.

       Персональные  компьютеры,  ставшие  в  настоящее  время  непременным элементом  любой системы  управления,  привели  к  буму  в  области  создания  локальных вычислительных сетей. Это, в свою очередь,  вызвало  необходимость в разработке новых  информационных технологий.

       Практика  применения персональных компьютеров  в  различных  отраслях науки, техники и производства  показала,  что  наибольшую  эффективность  от внедрения вычислительной  техники обеспечивают не отдельные  автономные ПК,  а локальные  вычислительные сети.

                                          Глобальные сети

       А вот  потребность в соединении компьютеров, находящихся  на  большом расстоянии  друг от друга, к этому времени  вполне  назрела.  Началось  все  с решения более простой задачи  — доступа к компьютеру с  терминалов,  удаленных от него  на многие сотни, а то и тысячи  километров. Терминалы  соединялись  с компьютерами через телефонные  сети с помощью модемов. Такие  сети  позволяли многочисленным  пользователям  получать  удаленный  доступ   к   разделяемым  ресурсам нескольких мощных  компьютеров  класса  суперЭВМ.  Затем  появились  системы, в которых наряду с  удаленными соединениями типа  терминал-компьютер были реализованы  и  удаленные  связи  типа  компьютер-компьютер.  Компьютеры

получили возможность обмениваться  данными  в  автоматическом  режиме,  что, собственно, и является базовым  механизмом  любой  вычислительной  сети.  На основе этого  механизма  в  первых  сетях  были  реализованы  службы  обмена файлами, синхронизации баз  данных,  электронной  почты  и  другие,  ставшие теперь традиционными сетевые службы.

       Таким  образом,  хронологически  первыми  появились  глобальные  сети

(Wide  Area  Networks,  WAN),  то  есть  сети,  объединяющие  территориально  рассредоточенные компьютеры, возможно  находящиеся  в  различных  городах  и странах. Именно при построении глобальных сетей были  впервые  предложены  и отработаны многие  основные  идеи  и  концепции  современных  вычислительных сетей.  Такие,  например,  как  многоуровневое  построение  коммуникационных протоколов,  технология  коммутации   пакетов,   маршрутизация   пакетов   в составных сетях.

       Глобальные  компьютерные сети очень многое  унаследовали  от  других,

гораздо более старых  и  распространенных  глобальных  сетей  —  телефонных. Главным результатом создания первых глобальных компьютерных сетей был  отказ от принципа коммутации каналов, на протяжении многих  десятков  лет  успешно использовавшегося в телефонных сетях.

       Выделяемый  на все время сеанса связи  составной  канал  с  постоянной  скоростью   не   мог   эффективно   использоваться   пульсирующим   трафиком компьютерных данных, у  которого периоды  интенсивного  обмена  чередуются  с продолжительными   паузами.   Натурные   эксперименты    и    математическое моделирование  показали,  что  пульсирующий  и  в  значительной  степени  не чувствительный  к  задержкам   компьютерный   трафик   гораздо   эффективней передается сетями, использующими принцип коммутации  пакетов,  когда  данные разделяются  на  небольшие  порции  —  пакеты,  —   которые   самостоятельно  перемещаются по сети за счет  встраивания адреса конечного  узла  в  заголовок пакета.

                                        Локальные сети

       Локальные  сети  (Local  Area  Networks,  LAN)  —  это   объединение компьютеров, сосредоточенных на небольшой  территории, обычно  в  радиусе  не более 1-2 км, хотя в отдельных  случаях локальная сеть может  иметь  и  более протяженные  размеры, например  в  несколько  десятков  километров.  В  общем  случае  локальная  сеть   представляет   собой   коммуникационную   систему, принадлежащую одной организации.

       На  первых  порах  для  соединения   компьютеров   друг   с   другом использовались  нестандартные программно-аппаратные  средства.  Разнообразные устройства  сопряжения, использующие свой  собственный  способ  представления данных  на линиях связи, свои типы  кабелей и т. п.,  могли  соединять  только те конкретные модели  компьютеров, для которых  были  разработаны,  например, мини-компьютеры PDP-11 с  мэйнфреймом  IBM  360  или  компьютеры  «Наири»  с компьютерами  «Днепр».

       В  середине  80-х  годов  положение  дел  в  локальных  сетях  стало кардинально  меняться.  Утвердились   стандартные   технологии   объединения компьютеров  в сеть -Ethernet,  Arc net,  Token  Ring,  Token  Bus,  несколько позже — FDDI.  Мощным  стимулом  для  их  появления  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.

       Все  стандартные технологии  локальных  сетей  опирались  на  тот  же  принцип  коммутации,  который  был  с  успехом  опробован  и  доказал   свои преимущества  при передаче трафика данных  в глобальных компьютерных  сетях  — принцип коммутации пакетов.

       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 Novell  NetWare.  После  этого  сеть  начинала  работать  и последующее  присоединение каждого  нового  компьютера  не  вызывало  никаких  проблем — естественно, если на  нем был установлен  сетевой  адаптер  той  же технологии.

       Разработчики  локальных сетей привнесли много  нового  в  организацию работы  пользователей. Так, намного проще  и удобнее стало получать  доступ  к совместно  используемым  сетевым  ресурсам  —  в  отличие  от  глобальной  в локальной   сети   пользователь   освобождается   от   запоминания   сложных  идентификаторов разделяемых ресурсов. Для этих целей  система  предоставляет  ему список  ресурсов  в  удобной  для  восприятия  форме,  например  в  виде древовидной графической  структуры  («дерева»  ресурсов).  Еще  один  прием, рационализирующий  работу пользователя в локальной  сети, состоит в  том,  что после  соединения с  удаленным  ресурсом  пользователь  получает  возможность  обращаться к нему с помощью  тех  же  команд,  которые  он  использовал  при работе с локальными  ресурсами. Последствием и  одновременно  движущей  силой такого  прогресса  стало  появление   огромного   числа   непрофессиональных пользователей,  освобожденных  от  необходимости  изучать   специальные   (и  достаточно сложные) команды для  сетевой работы.

       Может  возникнуть вопрос  —  почему  все  эти  удобства  пользователи  получили только с приходом  локальных сетей? Главным образом, это  связано  с использованием  в локальных сетях  качественных  кабельных  линий  связи,  на  которых  даже  сетевые  адаптеры  первого  поколения  обеспечивали  скорость передачи данных до 10  Мбит/с.  При  небольшой  протяженности,  свойственной локальным  сетям,  стоимость  таких  линий  связи  была  вполне  приемлемой. Поэтому  экономное расходование пропускной  способности каналов, которое  было  одной из главных  целей  технологий  ранних  глобальных  сетей,  никогда  не выходило на первый план  при разработке протоколов локальных  сетей.  В  таких условиях  основным  механизмом  прозрачного  доступа  к   сетевым   ресурсам локальных  сетей стали периодические широковещательные  объявления серверов  о своих  ресурсах  и  услугах.  На  основании  таких   объявлений   клиентские  компьютеры составляли списки  имеющихся в сети ресурсов  и  предоставляли  их пользователю.

       Конец 90-х выявил явного лидера среди технологий локальных  сетей  —

семейство Ethernet, в которое  вошли  классическая  технология  Ethernet  10

Мбит/с, а также Fast Ethernet 100 Мбит/с и  Gigabit  Ethernet  1000  Мбит/с.

Простые  алгоритмы  работы  предопределили  низкую  стоимость   оборудования Ethernet. Широкий диапазон иерархии скоростей позволяет рационально  строить локальную сеть, применяя  ту  технологию  семейства,  которая  в  наибольшей степени отвечает задачам предприятия  и  потребностям  пользователей.  Важно также, что все технологии Ethernet очень близки друг к  другу  по  принципам работы, что упрощает обслуживание и интеграцию этих сетей.

       Ethernet —  это самый распространенный на  сегодняшний  день  стандарт

локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet  в настоящее время, оценивается в несколько миллионов.

       Когда  говорят  Ethernet,  то  под  этим  обычно  понимают  любой  из  вариантов этой технологии. В  более  узком  смысле  Ethernet  —  это  сетевой

стандарт, основанный на экспериментальной  сети  Ethernet  Network,  которую фирма Xerox разработала  и  реализовала  в  1975  году.  Метод  доступа  был опробован еще раньше: во второй половине 60-х годов в  радиосети  Гавайского университета использовались различные варианты случайного  доступа  к  общей радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel  и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии  II  для сети, построенной на  основе  коаксиального  кабеля.  Эту  последнюю  версию фирменного  стандарта  Ethernet  называют  стандартом  Ethernet   DIX,   или Ethernet П.

       На основе  стандарта Ethernet DIX был разработан  стандарт IEEE 802.3, который  во  многом  совпадает  со  своим  предшественником,  но   некоторые различия все  же имеются. В то время  как  в  стандарте  IEEE  802.3  функции  протокола разделены на уровни MAC и LLC, в оригинальном  стандарте  Ethernet они объединены в единый  канальный  уровень.  В  Ethernet  DIX  определяется протокол тестирования  конфигурации (Ethernet Configuration  Test  Protocol), который отсутствует в IEEE 802.3. Несколько  отличается и формат кадра,  хотя минимальные и максимальные  размеры  кадров  в  этих  стандартах  совпадают.

Часто для того, чтобы  отличить  стандарт  Ethernet,  определенный  IEEE,  и фирменный стандарт Ethernet DIX, первый называют  технологией  802.3,  а  за фирменным  стандартом  оставляют  название   Ethernet   без   дополнительных обозначений.

       В зависимости  от типа физической среды  стандарт  IEEE  802.3  имеет различные модификации - 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-FL, lOBase-FB.