Шпаргалки по "Информатике"

1. Компьютерные сети: общие сведения, программные и аппаратные компоненты

На сегодняшний день в  мире существует более 130 млн. компьютеров  и более 80 % из них объединены в  различные информационно-вычислительные сети - от малых локальных сетей  в офисах до глобальных сетей. Компьютерные сети (англ, network) -это совокупность ПК, распределенных на некоторой территории и взаимосвязанных для совместного использования ресурсов (данных, программ и аппаратных компонентов).

Компьютерные сети передачи данных являются результатом информационной революции и в будущем смогут образовать основное средство коммуникации. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких, как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, E-mail писем, электронных конференций и т.д.) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а также обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей, работающих под разным программным обеспечением.

Преимущества, получаемые при  сетевом объединении персональных компьютеров, перечислены ниже.

·         Разделение  ресурсов  позволяет  экономно  использовать ресурсы, например,  управлять периферийными устройствами, такими, как печатающие устройства, внешние устройства хранения информации, модемы и т.д. со всех подключенных рабочих станций.

·         Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

·         Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

·         Разделение ресурсов процессора, обеспечивающее использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

·         Многопользовательский режим - одновременное использование централизованных прикладных программных средств, обычно заранее установленных на сервере приложения.

Практически все услуги сети построены на принципе клиент-сервер. Сервером в сети называется компьютер, способный предоставлять клиентам (по мере прихода от них запросов) некоторые сетевые услуги. Взаимодействие клиент-сервер строится обычно следующим образом. По приходу запросов от клиентов сервер запускает различные программы предоставления сетевых услуг. По мере выполнения запущенных программ сервер отвечает на запросы клиентов. Все программное обеспечение сети также можно поделить на клиентское и серверное. При этом программное обеспечение сервера занимается предоставлением сетевых услуг, а клиентское программное обеспечение обеспечивает передачу запросов серверу и получение ответов от него.

Виды  компьютерных сетей

Существующие сети принято  в настоящее время делить в  первую очередь по территориальному признаку:

1.    Локальные сети (LAN - Locate Area Network). Такая сеть охватывает небольшую территорию с расстоянием между отдельными компьютерами до 10 км. Обычно такая сеть действует в пределах одного учреждения.

2.    Глобальные сети (WAN - Wide Area Network). Такая сеть охватывает, как правило, большие территории (территорию страны или нескольких стран). Компьютеры располагаются друг от друга на расстоянии десятков тысяч километров.

3.    Региональные сети. Подобные сети существуют в пределах города, района. В настоящее время каждая такая сеть является частью некоторой глобальной сети и особой спецификой по отношению к глобальной сети не отличается.

 

 

 

3. Топология сети: структура, основные характеристики

Конфигурация сети, т.е. порядок  соединения объектов сети, называют топологией сети. Базовыми типами конфигурации сети являются «звезда», «кольцо» и «шина».

Топология типа «звезда»

В сети в виде звезды  компьютер-сервер получает и обрабатывает все данные с компьютеров - рабочих станций. Вся информация между двумя любыми рабочими станциями проходит через  центральный узел вычислительной сети.

Каждая рабочая станция  связана с узлом, поэтому пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется  для каждой рабочей станции. Топология  в виде звезды является наиболее быстродействующей  из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между  рабочими станциями проходит через  центральный узел (при его хорошей  производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра. Недостатком такой топологии  является нарушение работы всей сети в случае выхода из строя центрального узла. 

Топология типа «кольцо»

При кольцевой топологии  сети рабочие станции связаны  одна с другой по кругу, т.е. рабочая  станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая  станция 3 с рабочей станцией 4 и  т.д. Последняя рабочая станция  связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

В сети кольцевой топологии  сообщения циркулируют регулярно  по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив  из кольца запрос. Пересылка сообщений  является очень эффективной, так  как большинство сообщений можно  отправлять «в дорогу» по кабельной  системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность  передачи информации увеличивается  пропорционально количеству рабочих  станций, входящих в вычислительную сеть.

Основная проблема при  кольцевой топологии заключается  в том, что каждая рабочая станция  должна активно участвовать в  пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Подключение  новой рабочей станции требует  краткосрочного выключения сети, так  как во время установки кольцо должно быть разомкнуто.

Шинная  топология

При шинной топологии  среда  передачи информации представляется в  форме общей магистрали, к которой  должны быть подключены все рабочие  станции. При этом все рабочие  станции могут непосредственно  вступать в контакт с любой  рабочей станцией, имеющейся в  сети.

Особенностью такой топологии  сети является то, что функционирование сети не зависит от состояния отдельной  рабочей станции, а рабочие станции  в любое время без прерывания работы всей вычислительной сети могут  быть подключены к ней или отключены.

Благодаря тому, что рабочие  станции можно подключать без  прерывания сетевых процессов и  коммуникационной среды, очень легко  прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.

Наряду с известными топологиями  вычислительных сетей «кольцо», «звезда» и «шина» на практике применяется  и комбинированная древовидная  структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных  топологий вычислительных сетей.

Основание дерева вычислительной сети (корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева). Вычислительные сети с древовидной  структурой применяются там, где  невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа  рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые  усилители и/или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями  усилителя, называют активным концентратором.

На практике применяют  две их разновидности, обеспечивающие подключение соответственно восьми или шестнадцати линий. Устройство, к которому можно присоединить максимум три станции, называют пассивным  концентратором. Пассивный концентратор обычно используют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора  является то, что возможное максимальное расстояние до рабочей станции не должно превышать нескольких десятков метров.

 

 

4. Сетевое оборудование  компьютерных сетей

Технические средства коммуникаций составляют кабели (экранированная и неэкранированная витая пара, коаксиальный, оптоволоконный), коннекторы и терминаторы, сетевые  адаптеры, повторители, разветвители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы, а также  модемы, позволяющие использовать различные  протоколы и топологии в единой неоднородной системе. Сетевая карта(адаптер) — устройство для подключения компьютера к сетевому кабелю.

В качестве физической среды для  обмена информацией обычно используются: толстый (thick) коаксиальный кабель, тонкий (thin) коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель и неэкранированная витая  пара (Unshielded Twisted-Pair, UTP).

Для решения проблемы межсетевого  взаимодействия изготовителями оборудования предлагаются различные интерфейсные устройства - повторители (repeater), мосты (bridge), маршрутизаторы (router), мосты/маршрутизаторы (bridge/router) и шлюзы (gateway).

Основное различие между этими  устройствами состоит в том, что  повторители действуют на 1-м (физическом) уровне в соответствии с моделью OSI/ISO, мосты - на 2-м уровне, маршрутизаторы - это устройства, которые действуют  на 3-м (сетевом) уровне, а шлюзы - на 4-7 уровнях, как показано на рисунке:

Маршрутизаторы — устройства для соединения сегментов сети, действующие на сетевом уровне модели OSI/ISO и использующие маршрутную информацию сетевого уровня. Маршрутизаторы обмениваются между собой информацией о топологии, состоянии сети, работоспособности каналов и доступности узлов в целях выбора оптимального пути для передачи пакета. Такой процесс выбора маршрута по адресу абонентской системы, которая принимает пакет, называют маршрутизацией.

Различают однопротокольные и многопротокольные  маршрутизаторы, которые могут поддерживать одновременно несколько протоколов, например IPX/SPX, TCP/IP и другие. Так как  встречаются протоколы, которые  не содержат информации сетевого уровня, то маршрутизаторам приходится выполнять  и функции моста. Поэтому современные  многопротокольные маршрутизаторы называют «мостами-маршрутизаторами». Среди достоинств маршрутизаторов  следует отметить возможность выбора маршрута, разбиение длинных сообщений  на несколько коротких и использование  альтернативных путей для их передач, приводящее к выравниванию трафиков по параллельным путям, тем самым  позволяющее соединять сети с  пакетами разной длины и облегчающее  объединение сетей.

Мосты представляют собой устройства для соединения сегментов сети, функционирующие на подуровне контроля доступа к среде (Media Access Control) канального уровня модели OSI/ISO. Мосты обладают свойством прозрачности для протоколов более высоких уровней, то есть осуществляют передачу кадра из одного сегмента в другой по физическому адресу станции получателя, который выделяется из заголовка канального уровня, анализируют целостность кадров и отфильтровывают испорченные. Эти устройства могут обладать свойством самообучения, то есть по мере прохождения через мост кадров он заполняет две таблицы адресами станций, отправляющих сообщения, физически располагая их по разные стороны от моста и записывая в разные таблицы.

Сегменты сети, которые соединяются  мостом, могут использовать как одинаковые, так и разные канальные протоколы. В последнем случае мост переводит  кадр одного формата в кадр другого  формата.

Мосты автоматически адаптируются к изменению конфигурации сети и  могут соединять сети с различными протоколами сетевого уровня. К сожалению, эти устройства не могут распределять нагрузку, используя альтернативные пути в сети, что приводит иногда к перегрузке трафика (потока информационного  обмена в линии связи).

Повторитель — устройство, действующее на физическом уровне, предназначенное для компенсации затухания в среде передачи данных путем усиления сигналов в целях увеличения расстояния их распространения. Одной из разновидностей повторителей являются конверторы среды. Они позволяют преобразовывать сигналы, например, при соединении коаксиального и оптоволоконного кабелей, при переходе из одной среды передачи в другую.

Разветвитель — пассивное устройство для соединения более двух кабельных сегментов.

Шлюзы — устройства, оперирующие на верхних уровнях модели OSI (сеансовом, представления и приложений). Они представляют метод подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей к центральным ЭВМ. Необходимость в применении шлюзов появляется, когда объединяют две системы с совершенно различной архитектурой для перевода потока данных, проходящих между этими системами.

Для подключения к другим линиям связи используются модемы. Наибольшее распространение получили модемы, ориентированные  на подключение к коммутируемой  телефонной линии.

Модем – устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи. Модем для подключения к коммутируемой телефонной линии выполняет преобразование компьютерных данных в звуковой аналоговый сигнал для передачи по телефонной линии (модуляция), а также обратное преобразование (демодуляция).

Модемы бывают внутренние и внешние. Внутренние модемы вставляются внутрь системного блока компьютера. Внешние  модемы представлены в виде отдельного устройства, которое соединяется  кабелем с последовательным портом компьютера, таким же, к какому часто  подключают мышь. Внутренние модемы содержат встроенный последовательный порт и  получают питание от компьютера, внешние  имеют отдельный блок питания. Внутренние модемы дешевле внешних при прочих равных характеристиках, основной из которых  является  скорость.

Факс-модем – устройство, обеспечивающее электронную передачу обычного текста, чертежей, фотографий, схем, документов, преобразование информации в форму, пригодную для передачи по имеющемуся каналу связи, и формирование на бумажном носителе на приемной стороне дубликата — факсимиле — исходного документа. Вообще говоря, в состав любого телефакса входят сканер для считывания документа, модем, передающий и принимающий информацию по телефонной линии, а также принтер, печатающий принимаемое сообщение на термо- или обычной бумаге. Разумеется, в платах факс-модемов такие узлы, как сканер и принтер, отсутствуют. Информация представлена только в «электронном» виде.