Введение

Одна из основных потребностей человека - потребность в общении, которое становится возможным, когда люди понимают друг друга. Для этого изучают языки, овладевают культурой общения, используют современные средства и методы связи. Под коммуникацией в широком смысле понимают процесс, путь и средства передачи какого-либо объекта или сообщения с одного места на другое. Коммуникации могут быть организованы с использованием разных передающих сред, например водные и воздушные коммуникации, газопровод, железные и шоссейные дороги и др.
Неоценимую помощь людям оказывают компьютерные сети, появление которых ознаменовало новую эру в истории развития коммуникаций. С появлением компьютерных сетей стали говорить о компьютерных коммуникациях, понимая под этим обмен всевозможной информацией с помощью компьютеров. Они все больше входят в нашу жизнь, в одних случаях вытесняя, а в других - дополняя уже имеющиеся. Находясь далеко друг от друга, вы обмениваетесь письмами по почте - в компьютерной сети такой вид коммуникации известен как электронная почта. Для обсуждения некоей важной проблемы, вы организуете собрание, совещание, конференцию. Соответствующий вид коммуникации есть и в компьютерной сети. Это телеконференция. Компьютерные коммуникации во многом напоминают традиционные, но при этом существенно сокращается время доставки почты, более оперативно организуется связь, расширяется возможность общения с большим кругом людей, появляется оперативный доступ к мировым хранилищам информации.
Компьютерные коммуникации обеспечиваются с помощью компьютерных сетей: локальных, региональных, корпоративных, глобальных.
На лекции Вы узнаете, чем они различаются между собой и что собой представляет их аппаратное обеспечение, а именно: какие компоненты обеспечивают работу сети, какие используются каналы связи, что такое модем и сетевой адаптер, какую роль в компьютерных сетях играют протоколы и многое другое.

Компьютерные сети. Основные сведения.

Телекоммуникация (от греч. tele - "вдаль", далеко~ и лат. communicato- "связь") - это обмен информацией на расстоянии.
Радиопередатчик, телефон, телетайп, факсимильный аппарат, телекс и телеграф - наиболее распространенные и привычные нам сегодня примеры технических средств телекоммуникации.
Позже к ним прибавилось еще одно средство - это компьютерныекоммуникации, которые получают сейчас все более широкое распространение. Они обещают потеснить факсимильную и телетайпную связь подобно тому, как последние вытеснели телеграф.

Компьютерные коммуникации – обмен информацией на расстоянии с помощью компьютерных сетей.

В наши дни компьютерные сети обретают все более важное значение в жизни человечества, их развитие весьма перспективно. Сети могут объединять и делать доступными информационные ресурсы как небольших предприятий, так и крупных организаций, занимающих удаленные друг от друга помещения, подчас даже в разных странах.

Компьютерные сети – система компьютеров, связанных каналами передачи информации.

Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:
- обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;
- обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.
Например, все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати - сетевой принтер или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера - файлового сервера. Аналогично можно совместно использовать и программное обеспечение. Если в сети имеется специальный компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети, он называется файловым сервером.

Сети по размерности делятся на локальные, региональные, корпоративные, глобальные

локальная сеть (LAN - Local Area Network) – соединение компьютеров, расположенных на небольших расстояниях друг от друга (от нескольких метров до нескольких км). ПК в таких сетях расположены в одном помещении, на одном предприятии, в близко расположенных зданиях.
Локальные сети не позволяют обеспечить совместный доступ к информации пользователям, находящимся, например, в различных частях города. На помощь приходят региональные сети , объединяющие компьютеры в пределах одного региона (города, страны, континента).

региональная сеть (MAN - Metropolitan Area Network) – объединение ПК и локальных сетей для решения общей проблемы регионального масштаба. Региональная вычислительная сеть связывает компьютеры, расположенные на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать компьютеры внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки - сотни километров.
Многие организации, заинтересованные в защите информации от несанкционированного доступа (например, военные, банковские и пр.) создают, так называемые корпоративные сети . Корпоративная сеть может объединять тысячи и десятки тысяч компьютеров, размещенных в различных странах и городах (в качестве примера можно привести сеть корпорации Microsoft)

корпоративные сети - объединение локальных сетей в пределах одной корпорации.

Потребности формирования единого мирового информационного пространства привели к созданию глобальной компьютерной сети Интернет.

глобальные сети (WAN - Wide Area Network) – система связанных между собой локальных сетей и ПК пользователей, расположенных на удаленных расстояниях, для общего использования мировых информационных ресурсов.
Информационные сети создают реальную возможность быстрого и удобного доступа пользователя ко всей информации, накопленной человечеством за всю историю.

По типу среды передачи сети разделяются на:

Проводные (на коаксиальном кабеле, на витой паре, оптоволоконные);
- беспроводные с передачей информации по радиоканалам или в инфракрасном диапазоне.
По способу организации взаимодействия компьютеров сети делят на одноранговые и с выделенным сервером (иерархические сети).
Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.
Главное достоинство одноранговых сетей – это простота установки и эксплуатации. Главный недостаток состоит в том, что в условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.
В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько серверов - компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией.

Общая схема соединения компьютеров в локальные сети называется топологией сети . Существует всего 5 основных типов топологии сетей:

1. Топология ШИНА. В этом случае подключение и обмен данными производится через общий канал связи, называемый общей шиной. Структура типа «шина» проще и экономичнее, так как для нее не требуется дополнительное устройство и расходуется меньше кабеля. Но она очень чувствительна к неисправностям кабельной системы. Если кабель поврежден хотя бы в одном месте, то возникают проблемы для всей сети. Место неисправности трудно обнаружить.

2. Топология ЗВЕЗДА . В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором (хабом), который находится в центре сети. К неисправностям кабельной системы «звезда» более устойчива. Поврежденный кабель – проблема для одного конкретного компьютера, на работе сети в целом это не сказывается. Не требуется усилий по локализации неисправности. К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. В настоящее время такая структура является самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях.

3. Топология КОЛЬЦО . В сетях с кольцевой топологией данные в сети передаются последовательно от одной станции к другой по кольцу, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как предназначенные ему, то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Преимущество данной топологии - простота управления, недостаток - возможность отказа всей сети при сбое в канале между двумя узлами.

4. Ячеистая топология . Для ячеистой топологии характерна схема соединения компьютеров, при которой физические линии связи установлены со всеми рядом стоящими компьютерами. В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей. Достоинства данной топологии в ее устойчивости к отказам и перегрузкам, т.к. имеется несколько способов обойти отдельные узлы.
5. Смешанная топология . В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию - звезда, кольцо или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольные подсети, имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

Принципы функционирования различных электронных сетей примерно одинаковы:

1. Сеть состоит из связанных между собой ПК
В большинстве случаев сеть строится на основе нескольких мощных компьютеров, называемых серверами. К серверам глобальной сети обычно подключены серверы и соответственно сети второго порядка (региональные), третьего порядка (корпоративные), четвертого порядка (локальные), а к ним – пользователи отдельных компьютеров – абоненты (клиенты) сети. Заметим, что сети не всех промежуточных уровней (например, корпоративных) обязательны.

2. ПК связаны между собой каналами связи
Основная цель создания любой компьютерной сети состоит в обеспечении обмена информацией между объектами (серверами и клиентами) сети. Для этого необходимо осуществить связь компьютеров между собой. Поэтому обязательными компонентами любой сети являются всевозможные каналы связи (проводные и беспроводные), для которых используют различные физические среды. В соответствии с этим в сетях различают такие каналы связи, как телефонные и оптоволоконные линии, радиосвязь, космическая связь и др.
Назначение каналов связи в компьютерной сети легко понять, если сравнить их с транспортными каналами системы грузовых или пассажирских перевозок. Транспортировка пассажиров может происходить по воздуху, с помощью железных дорог или водных (морских или речных) путей. В зависимости от среды транспортировки выбирают средство передвижения. Через компьютерные сети транспортируется информация. Среды, в которых происходит связь компьютеров сети, определяют средства соединения компьютеров. Если это среда, требующая телефонной связи, то соединение осуществляется через телефонный кабель. Широко применяются соединения компьютеров с помощью электрических кабелей, радиоволн, оптоволокон­ных кабелей и т. д.

Рассмотрим основные типы каналов. Некоторые из них являются взаимоисключающими, некоторые могут описывать один канал с разных сторон.
Каналы бывают цифровые и аналоговые.
К аналоговым каналам можно отнести обыкновенный телефонный канал. Для его использования необходимо специальное устройство - модем, преобразующее цифровую информацию в аналоговую. Аналоговые каналы сильно подвержены влиянию помех и обладают малой пропускной способностью (несколько десятков килобайт в секунду). Сейчас наблюдается тенденция по замене всех аналоговых каналов на цифровые, причем не только в компьютерных сетях, но и в телефонных.
Каналы делятся также на выделенные и коммутируемые .
При использовании коммутируемой линии соединение формируется на время передачи данных, а по окончании этой передачи - разъединяется. Коммутируемой является связь по обычной телефонной линии.

Выделенная линия работает по-другому:
соединение является постоянным, все­да позволяет передать данные от одного компьютера к другому. Выделенные линии отличаются от коммутируемых высокой скоростью (до десятков Мегабит в секунду) и высокой ценой аренды.
По физическому устройству каналы подразделяются на электрические проводные, оптические и радиоканалы.
Проводные каналы представляют собой соединение электрическим кабелем, возможно сложно устроенным. Во всех таких каналах применяется передача данных при помощи электрических импульсов.

Оптические каналы связи базируются на световодах. Сигнал же передается при помощи лазеров.

Радиоканалы действуют по тому же принципу, что радио и телевидение.
Все это различные каналы связи. Эффективность связи в компьютерных сетях существенно зависит от следующих основных характеристик (параметров) каналов связи:
- пропускной способности (скорости передачи данных), измеряемой количеством бит информации, переданных по сети в секунду (бит в секунду называется бод) ;
Средняя пропускная способность – измеряется в среднем за определенный промежуток времени (для большого файла)
Гарантированная пропускная способность – минимальная пропускная способность, которую обеспечивает канал (для видеофайлов)
- надежности - способности передавать информацию без искажений и потерь;
- стоимости;
- возможности расширения (подключения новых компьютеров и устройств).

Для передачи информации по каналам связи необходимо преобразовывать компьютерные сигналы в сигналы физических сред.
Например, при передаче информации по оптоволоконному кабелю представленные в компьютере данные будут преобразованы в оптические сигналы, для чего используются специальные технические устройства – сетевые адаптеры.

Сетевые адаптеры (сетевые карты)- технические устройства, выполняющие функции сопряжения компьютеров с каналами связи.
Если канал связи – телефонная линия, то при приеме – передачи информации используется модем.

Модем – (модулятор – демодулятор) – устройство для преобразования цифровых сигналов ПК в звуковые (аналоговые) сигналы телефонной линии и наоборот.
Основная характеристика модема: скорость приема – передачи информации (измеряется бит в сек). Современные модемы имеют скорость приема-передачи информации– 33600 бит в сек., 57600 бит в сек.

3. Работа сети осуществляется по протоколам
Для того, чтобы информацию, переданную одним ПК, понял другой ПК, необходимо было разработать единые правила, называемые протоколами.

Протокол – набор соглашений о правилах формирования и передачи сообщений, о способах обмена информацией между ПК, о правилах работы различного оборудования в сети

Существует 2 типа протоколов Интернет: базовые и прикладные протоколы .

базовые протоколы, отвечающие за физическую пересылку электронных сообщений любого типа между компьютерами Internet (IP и TCP). Эти протоколы настолько тесно связаны между собой, что чаще всего их обозначают термином «протокол TCP/IP»;

прикладные протоколы более высокого уровня, отвечающие за функционирование специализированных служб Internet: протокол HTTP (передача гипертекстовых сообщений), протокол FTP (передача файлов), протоколы электронной почты и т. д.
В техническом понимании TCP/IP – это не один, а два сетевых протокола. TCP – это протокол транспортного уровня. Он управляет тем, как происходит передача информации. Протокол IP – адресный. Он определяет, куда происходит передача данных.

4. Работу ПК в сети обеспечивают сетевые программы, обычно организованные по модели клиент – сервер:

сервер – программа, предоставляющая услуги, клиент – программа, потребляющая услуги сервер - программы

IP -адреса

Информация, которой обмениваются ПК делится на пакеты. ПАКЕТ – это "кусочек" информации, содержащий адрес отправителя и получателя.
A. Множество пакетов образует поток информации, который принимается пользовательским ПК
B. Затем "разрозненные пакеты", прибывшие из сети собираются в единый "пучок" клиентской программой Вашего ПК (например, браузером Microsoft InterNet Explorer)
C. Для того, чтобы пакет нашел своего адресата - каждому ПК присваивается IP-адрес (при регистрации у провайдера). IP-адрес содержит 4 байта (32 разряда), разделенных точками или 4 числа от 0 до 255. Легко подсчитать, что общее количество различных IP-адресов составляет более 4 млрд.:232 = 4294967296.

lР -адрес "читается" справа налево. Обычно самая правая цифра означает конкретный компьютер, а остальные цифры показывают номера сетей и подсетей (т. е. локальных сетей).
Иногда это может быть не так, но в любом случае, если адрес представим в двоичном виде, то какая-то часть самых правых битов определяет конкретный компьютер, а остальные обозначают сети и подсети, к которым относится компьютер.

Пример . 192.45.9.200. Адрес сети - 192.45; адрес подсети - 9; адрес компьютера - 200.
Пакет содержит адрес получателя и адрес отравителя, а затем вбрасывается в сеть.
Маршрутизаторы определяют маршрут следования пакетов.

Доменная система имен

Компьютеры легко могут связаться друг с другом по числовому IP-адресу, однако человеку запомнить числовой адрес нелегко, и для удобства была введена Доменная Система Имен (DNS - Domain Name System).
Доменная система имен ставит в соответствие числово­му IP-адресу каждого компьютера уникальное доменное имя. Доменные адреса присваиваются в Центре сетевой информации Интернет (InterNIC).

Домен (domain – область, район) – определяет множество ПК, принадлежащих какому-либо участку сети Интернет, в пределах которого компьютеры объединены по одному признаку.

Доменный адрес определяет область, представляющую ряд хост-компьютеров. В отличие от цифрового адреса он читается в обратном порядке. Вначале идет имя компьютера, затем имя сети, в которой он находится.
Компьютерное имя включает, как минимум, два уровня доменов. Каждый уровень отделяется от другого точкой. Слева от домена верхнего уровня располагаются поддомены для общего домена.
В системе адресов Internet принято представлять домены географических регионами. Они имеют имя, состоящее из двух букв.
Пример . Географические домены некоторых стран: Франция - fr ; Канада- са ; США - us ; Россия - ru ; Беларусь - by .
Существуют и домены, разделенные по тематическим признакам. Такие домены имеют трехбуквенное сокращенное название.
Пример . Учебные заведения - edu . Правительственные учреждения - gov . Коммерческие организации – com :

tutor.sp tu.edu . Здесь edu - общий домен для школ и университетов. Tutor - поддомен sp tu , который является поддоменом edu .

World Wide Web

Популярнейшая служба Интернета - World Wide Web (сокращенно WWW или Web), еще называют Всемирной паутиной. Представление информации в WWW основано на возможностях гипертекстовых ссылок. Гипертекст - это текст, в котором содержаться ссылки на другие документы. Это дает возможность при просмотре некоторого документа легко и быстро переходить к другой связанной с ним по смыслу информации, которая может быть текстом, изображением, звуковым файлом или иметь любой другой вид, принятый в WWW. При этом связанные ссылками документы могут быть разбросаны по всему земному шару.
Многочисленные пересекающиеся связи между документами WWW компьютерной паутиной охватывают планету - отсюда и название. Таким образом, пропадает зависимость от местонахождения конкретного документа.
Служба World Wide Web предназначена для доступа к электронным документам особого рода, которые называются Web-документами или, упрощенно, Web-страницами. Web-страница - это электронный документ, в котором кроме текста содержатся специальные команды форматирования, а также встроенные объекты (рисунки, аудио- и видеоклипы и др.).
Просматривают Web-страницы с помощью специальных программ, называемых браузерами , так что браузер - это не просто клиент WWW, служащий для взаимодействия с удаленными Web-серверами, это еще и средство просмотра Web-документов. Так, например, если Web-страница была сохранена на жестком диске, ее можно просмотреть с помощью браузера без подключения к Интернету. Такой просмотр называют автономным.
В отличие от печатных электронных документов, Web-страницы имеют не абсолютное, а относительное форматирование, то есть они форматируются в момент просмотра в соответствии с тем, на каком экране и с помощью какого браузера их просматривают. Строго говоря, одна и та же Web-страница при просмотре в разных браузерах может выглядеть по-разному - это зависит от того, как браузер реагирует на команды, которые встроил в Web-страницу ее автор.
У каждого Web-документа (и даже у каждого объекта, встроенного в такой документ) в Интернете есть свой уникальный адрес - он называется унифицированным указателем ресурса URL (Uniformed Resource Locator) или, сокращенно, URL-адресом . Обратившись по этому адресу, можно получить хранящийся там документ.
В Интернете хранится очень и очень много Web-документов. В последние семь лет наполнение WWW удваивалось каждые полтора года. По-видимому, в ближайшие годы этот темп несколько снизится, но останется достаточно высоким, по крайней мере до рубежа 10 миллиардов. В связи с таким огромным количеством Web-документов, в Сети сегодня существует важная проблема их поиска и отбора - мы рассмотрим ее особо, а пока познакомимся с тем, как формально выглядит адрес URL.
Пример URL: http://klyaksa.net/htm/exam/answers/images/a23_1.gif
Здесь приведен URL-адрес рисунка, находящегося на одной из Web-страниц портала www.klyaksa.net .
URL-адрес документа состоит из трех частей и, в отличие от доменных имен, читается слева направо. В первой части указано имя прикладного протокола, по которому осуществляется доступ к данному ресурсу. Для службы World Wide Web это протокол передачи гипертекста HTTP (HyperText Transfer Protocol). У других служб - другие протоколы. Имя протокола отделяется от остальных частей адреса двоеточием и двумя косыми чертами.
Второй элемент- доменное имя компьютера, на котором хранится данный документ. Со структурой доменного имени мы уже знакомы - его элементы разделяются точками. После доменного имени ставится косая черта.
Последний элемент адреса - путь доступа к файлу, содержащему Web-документ, на указанном компьютере. С записью пути доступа к файлу в операционной системе Windows мы уже знакомы, но здесь есть важное отличие. В Windows принято разделять каталоги и папки символом обратной косой черты «\», а в Интернете положено использовать обычную косую черту «/». Это связано с тем, что Интернет зарождался на компьютерах, работающих в операционной системе UNIX, а там принято разделять каталоги именно так.
С каждой гиперссылкой в Сети связан Web-адрес некоторого документа или объекта (файла с рисунком, звукозаписью, видеоклипом и т. п.). При щелчке на гиперссылке в Сеть отправляется запрос на поставку того объекта, на который указывает гиперссылка. Если такой объект существует по указанному адресу, он загружается и воспроизводится. Если его нет в природе (например, он перестал существовать по каким-то причинам), выдается сообщение об ошибке - тогда можно вернуться на предыдущую страницу и продолжить работу.

Основные службы сети Интернет

1. Электронная почта (E-mail).
Электронная почта (E-mail - Elec­tronic mail, англ. mail - "почта") -самое распространенное и до недавнего времени самое популярное применение Интернет. По оценкам Международного союза электросвязи, число пользователей электронной почтой превышает 50 млн. Популярность электронной почты объясняется не только ее возможностями но и тем, что пользоваться ею можно при любом виде доступа в Интернет, даже самом дешевом.
При использовании электронной почты каждому пользователю присваивается уникальный почтовый адрес, который обычно образуется присоединением имени пользователя к имени самого компьютера. Имя пользователя и имя компьютера разделяет специальный символ @. Например, если пользователь имеет входное имя еmswоrth на компьютере blandings.corn, то его электронный адрес будет иметь вид [email protected].

3. Служба телеконференций (Usenet)
Еще одной из широко используемых услуг, предоставляемых Интернет, являются Usenet news - новости Usenet, которые также часто называют телеконференциями (к телевидению они не имеют никакого отношения, а приставка "теле" обозначает "удаленный", "действующий на дальнем расстоянии"). Они дают воз­можность читать и посылать сообщения в общественные (открытые) дискуссионные группы.
Usenet - это виртуальная, воображаемая сеть, с помощью которой новости передаются между компьютерами - серверами новостей по специальному протоколу NNTP (Network News Transfer Protocol).

4. Служба передачи файлов (FTP) занимается приемом и передачей файлов больших объемов. Служба FTP имеет свои серверы в мировой сети, на которых хранятся архивы данных. Эти архивы могут быть коммерческого или ограниченного доступа, либо могут быть общедоступными.

5. Доступ к удаленному компьютеру (Telnet)
Если вспомнить историю развития ЭВМ, то было время, когда сам компьютер имел большие размеры и стоял в специальном машинном зале. Терминалы (т.е. дисплеи с клавиатурой), позволяющие работать на компьютере, были расположены в другом помещении. Дисплеи были алфавитно-цифровые, поэтому диалог с компьютером заключался в вводе символьных команд, реагируя на которые компьютер печатал на экране соответствующие данные.
При создании системы удаленного доступа было решено сохранить этот способ диалога с компьютером.
Программа для удаленного доступа называется Telnet.
Для ее функционирования, как и для всех сервисов Интернет, необходимо существование двух частей - программы-сервера, установленной на удаленном компьютере, и программы-клиента - на локальном компьютере.
Для осуществления подключения к удаленной системе необходимо быть зарегистрированным пользователем, т. е. иметь входное имя и пароль. Для установления соединения необходимо указать имя удаленного компьютера. После успешного соединения на удаленном компьютере можно делать те же операции, что и на локальном компьютере, т. е. просматривать каталоги, копировать или удалять файлы, запускать различные программы, имеющие алфавитно-цифровой интерфейс.

6. Служба IRC (Internet Relay Chat) предназначена для прямого общения нескольких человек в режиме реального времени. Эту службу также называют чат-конференциями или просто чатом.

7. Служба ICQ. Ее название происходит от выражения I seek you – я тебя ищу. Основное назначение – обеспечение возможности связи между двумя людьми, даже если у них нет постоянного IP-адреса.
8. Служба World Wide Web (WWW) – это единое информационное пространство, состоящее из сотен миллионов взаимосвязанных электронных документов, хранящихся на Web-серверах. Отдельные документы называются Web-страницами. Группы тематически объединенных Web-страниц называют Web-узлами или Web-сайтами.

| §4.1 Локальные и глобальные компьютерные сети

Урок 24
§4.1 Локальные и глобальные компьютерные сети

Ключевые слова:

Сообщение
канал связи
компьютерная сеть
скорость передачи информации
локальная сеть
глобальная сеть

4.1.1. Передача информации

Ранее мы уже говорили о том, что передача информации - один из важнейших информационных процессов . Информация передаётся от источника к приёмнику в форме некоторой последовательности сигналов, символов, знаков. Например, при непосредственном разговоре между людьми происходит передача звуковых сигналов - речи; при чтении текста человек воспринимает графические символы - буквы. Передаваемая последовательность сигналов, символов, знаков называется сообщением.

Канал связи (передачи информации) - это система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений от источника к приёмнику. При непосредственном общении людей информация передаётся с помощью звуковых волн, при разговоре по телефону - с помощью акустических и электрических сигналов, распространяемых по линиям связи, при чтении - с помощью световых волн .

Любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для её передачи по каналу связи, называется кодированием . В настоящее время широко используется цифровая связь, когда передаваемая информация преобразуется в двоичный код.

Недостаточное техническое качество каналов связи и некоторые другие причины могут приводить к искажению передаваемого сигнала и потере информации. Во избежание таких ситуаций передаваемый по линии связи код делают избыточным. За счёт этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Кроме того, в современных системах цифровой связи все сообщения разбиваются на части (пакеты, блоки). Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передаётся вместе с данным блоком. В месте приёма заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, и если она не совпадает с первоначальной суммой, то передача данного блока повторяется.

На протяжении столетий для передачи писем человечество пользовалось услугами почтовой связи; во второй половине XIX века была изобретена технология передачи звука (телефон); с 30-х годов XX века для передачи изображений стал использоваться телефакс. В наши дни для передачи текстов, изображений, звука и многих других видов информации повсеместно используются компьютерные сети - два и более компьютеров, соединённых линиями передачи информации. С появлением компьютерных сетей стало возможным отправить письмо, которое доходит быстрее, чем телеграмма, получить ответ, узнать последние новости, поговорить с другом, сидящим у компьютера за сотни километров, так, будто он находится в соседней комнате, заказать билет на самолёт или номер в гостинице, «скачать» нужную программу, мелодию или фильм.

Важной характеристикой компьютерной сети является скорость передачи информации , или пропускная способность канала. Эта величина определяется как количество информации в битах в секунду (бит/с) и в производных единицах: килобитах в секунду (1 Кбит/с = 1000 бит/с), мегабитах в секунду (1 Мбит/с = 1000 Кбит/с), гигабитах в секунду (1 Гбит/с = 1000 Мбит/с).

Различают локальные и глобальные компьютерные сети .

4.1.2. Что такое локальная компьютерная сеть

Локальная компьютерная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс) или в одном здании (например, в локальную сеть могут быть объединены все компьютеры, находящиеся в здании школы). Локальная сеть позволяет пользователям получить совместный доступ к ресурсам компьютеров, а также к периферийным устройствам (принтерам, сканерам, дискам, модемам и др.), подключённым к сети .

Локальные сети бывают одноранговыми и с выделенным сервером .

В небольших локальных сетях все компьютеры равноправны, т. е. каждый из них может использовать ресурсы другого. Пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (файлы, папки, диски) сделать доступными для всей сети. Такие сети называются одноранговыми.

В сетях с большим количеством пользователей нежелательно, чтобы все они имели доступ ко всем компьютерам сети. При объединении более 10 компьютеров целесообразно выделять наиболее мощный компьютер - сервер (англ. server - обслуживающий). На жёстком диске сервера размещают файлы (данные и программы), к которым получают доступ другие компьютеры сети - клиенты. Кроме того, всем пользователям сети может быть доступно периферийное оборудование, подключённое к серверу (например, принтер или сканер).

Каждый компьютер, подключаемый к локальной сети, должен иметь специальную плату - сетевой адаптер. Её функция - передача и приём сигналов, распространяемых по каналам связи.

Соединение компьютеров (их сетевых плат) в локальную сеть осуществляется с помощью различных типов кабелей (витая пара, оптическое волокно - рис. 4.1) или по беспроводным каналам (типа Wi-Fi).

Рис. 4.1. Кабели:
витая пара и оптоволокно

Витая пара представляет собой два изолированных медных провода, скрученных один относительно другого. Такое скручивание проводов снижает влияние помех на сигналы, передаваемые по этому кабелю. Соединение «витая пара» представляет собой несколько витых пар (2 или 4), покрытых пластиковой оболочкой. Скорость передачи данных - от 10 Мбит/с до 1000 Мбит/с.

Оптоволоконный кабель передаёт свет по стеклянному волокну. Такой тип соединения обеспечивает очень высокую скорость передачи, протяжённость канала составляет сотни и тысячи километров, и он абсолютно не подвержен электромагнитным помехам. Скорость передачи данных - от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с.

Беспроводное соединение Wi-Fi обеспечивает скорость передачи данных до 300 Мбит/с.

4.1.3. Что такое глобальная компьютерная сеть

Локальные сети, объединяя десятки компьютеров на небольшой территории, не обеспечивают совместный доступ к информации пользователям, находящимся на значительном расстоянии друг от друга (например, в различных населённых пунктах).

Глобальная компьютерная сеть - это система связанных между собой компьютеров, расположенных на сколь угодно большом удалении друг от друга (например, в разных странах и на разных континентах).

Примерами глобальных компьютерных сетей могут служить региональные и корпоративные сети. Региональные компьютерные сети обеспечивают объединение компьютеров в пределах одного региона (города, области, края, страны). Корпоративные компьютерные сети создаются для обеспечения деятельности различного рода корпоративных структур, имеющих территориально удалённые подразделения (например, банков со своими филиалами).

Наиболее известной и самой обширной глобальной компьютерной сетью является Интернет. Эта сеть объединяет многочисленные локальные, региональные и корпоративные сети, а также компьютеры отдельных пользователей, распределённые по всему миру.

Основой любой глобальной компьютерной сети являются компьютерные узлы и каналы связи .

Узел - это мощный компьютер, постоянно подключённый к сети. К узлам компьютерной сети подключаются абоненты - персональные компьютеры пользователей или локальные сети .

Для передачи данных в глобальных сетях применяют самые разнообразные физические каналы: электрический кабель; радиосвязь через ретрансляторы и спутники связи; инфракрасные лучи (как в телевизионных пультах дистанционного управления); современный оптоволоконный кабель; обычную телефонную сеть .

Организация, предоставляющая пользователям связь с глобальной сетью через свои компьютеры, называется провайдером (англ. provider - поставщик) сетевых услуг.

Задача. Скорость передачи данных через некоторое соединение равна 128 ООО бит/с. Какое количество времени (в секундах) потребуется для передачи через это соединение файла размером 625 Кбайт?

САМОЕ ГЛАВНОЕ

Компьютерная сеть - это два и более компьютеров, соединённых линиями передачи информации.

Локальная компьютерная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении или в одном здании, и обеспечивает пользователям возможность совместного доступа к ресурсам компьютеров, а также к периферийным устройствам, подключённым к сети. Локальные сети бывают одноранговыми и с выделенным сервером.

Глобальная компьютерная сеть - это множество связанных между собой компьютеров, расположенных на сколь угодно большом удалении друг от друга (например, в разных странах и на разных континентах).

Вопросы и задания

1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Что вы можете сказать о формах представления информации в презентации и в учебнике? Какими слайдами вы могли бы дополнить презентацию?

2. Как вы понимаете смысл фразы: «Возможность передачи знаний, информации - основа прогресса всего общества в целом и каждого человека в отдельности»? Обсудите этот вопрос в группе.

3. С давних времён люди различными способами обменивались сведениями, извещали об опасности или передавали важную и срочную информацию. Подготовьте небольшое сообщение об одном из ранее использовавшихся способов передачи информации.

4. Что такое компьютерная сеть?

5. Что такое канал связи? Как определяется пропускная способность канала связи?

6. Как устроена одноранговая локальная сеть?

7. Как устроена локальная сеть с выделенным сервером?

8. Какого типа локальная сеть установлена в вашем компьютерном классе? Какие функции она выполняет?

9. Какие сети называются глобальными? Приведите примеры таких сетей.

10. Какие каналы связи используются для передачи данных в глобальных компьютерных сетях?

11. Скорость передачи данных по некоторому каналу связи равна 512 ООО бит/с. Передача файла по этому каналу занимает 16 с. Определите объём файла в килобайтах.

12. Узнайте названия фирм, являющихся поставщиками сетевых услуг в вашей местности.

13. Постройте граф отношений, связывающих понятия, рассмотренные в этом параграфе.

Сеть - это группа компьютеров, соединенных друг с другом каналом связи. Канал обеспечивает обмен данными внутри сети (то есть обмен данными между компьютерами данной группы). Сеть может состоять из двух-трех компьютеров, а может объединять несколько тысяч ПК. Физически обмен данными между компьютерами может осуществляться по специальному кабелю, телефонной линии, волоконно-оптическому кабелю или по радиоканалу.

Компьютеры в сети можно соединять:

• · непосредственно друг с другом (так называемое двухточечное соединение);
• · через промежуточные узлы связи .

Компьютеры, подключенные к сети, могут выполнять две функции: они могут быть рабочими станциями или серверами.

Рабочая станция - это любой рабочий компьютер в сети, не являющийся сервером, как правило, за ними работают пользователи. Требования к рабочим станциям определяются кругом задач станции. Обычно главными требованиями являются требования к быстродействию и к объему оперативной памяти.

Серверы - это компьютеры, которые управляют всей сетью и накапливают у себя все данные рабочих станций. Серверы могут работать в автоматическом режиме - они стоят без клавиатуры и иногда даже без монитора, но в любом случае серверы осуществляют функции управления сетью и концентрации данных. Администратор сети - лицо, в обязанности которого входят все вопросы, связанные с установкой и эксплуатацией сети, а также решение всех проблем, связанных с правами и возможностями пользователей сети.

Обычно в качестве сервера выбирается самый большой и мощный компьютер в сети. Однако развитие компьютерной техники явно ведет к уменьшению внутренних компонентов - компьютер становится быстрее и экономичнее. Поэтому за короткий срок сервер может устареть быстрее, чем обычные компьютеры, к которым не предъявляются такие высокие требования.

Принято различать локальные и глобальные сети. В сущности, главная разница между ними понятна уже по названиям, но есть и некоторые существенные технологические отличия.

Локальные сети (от английского local - местный) - это сети, состоящие из близко расположенных компьютеров, чаще всего находящихся в одной комнате, в одном здании или в близко расположенных зданиях. Локальные компьютерные сети, охватывающие некое предприятие или фирму и объединяющие разнородные вычислительные ресурсы в единой среде, называют корпоративными (от английского corporate - корпоративный, общий). Примеры: банковская сеть, сеть учебного заведения.

Важнейшей характеристикой локальных сетей является скорость передачи данных, поэтому компьютеры соединяются с помощью высокоскоростных адаптеров со скоростью передачи данных не менее 10 Мбит/с. В локальных сетях применяются высокоскоростные цифровые линии связи. Кроме того, локальные сети должны легко адаптироваться, обладать гибкостью: пользователи должны иметь возможность располагать компьютеры, подключенные к сети там, где понадобится, добавлять или перемещать компьютеры или другие устройства, а также по необходимости отключать их без прерываний в работе сети.

Объединение компьютеров в единую сеть предоставляет пользователям сети новые возможности, несравнимые с возможностями отдельных компьютеров. Сеть - это не сложение, а умножение возможностей отдельных компьютеров. Локальная сеть позволяет организовать передачу файлов из одного компьютера в другой или другие, совместно использовать вычислительные и аппаратные ресурсы, совмещать распределенную обработку данных на нескольких компьютерах с централизованным хранением информации и многое другое. С помощью компьютерной локальной сети осуществляется коллективное использование технических ресурсов, что благотворно воздействует на психологию и поведение пользователя не только в сети, но и в реальной жизни.

Топология локальных сетей

Топология - это конфигурация сети, способ соединения элементов сети (то есть компьютеров) друг с другом. Чаще всего встречаются три способа объединения компьютеров в локальную сеть: «звезда», «общая шина» и «кольцо» .

Соединение типа «звезда» (рис. 1). Каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. При необходимости можно объединить вместе несколько сетей с топологией «звезда», при этом конфигурация сети получается разветвленной.

Достоинства: При соединении типа «звезда» легко искать неисправность в сети.

Недостатки: Соединение не всегда надежно, поскольку выход из строя центрального узла может привести к остановке сети.

Соединение «общая шина» (рис. 2). Все компьютеры сети подключаются к одному кабелю; этот кабель используется совместно всеми рабочими станциями по очереди. При таком типе соединения все сообщения, посылаемые каждым отдельным компьютером, принимаются всеми остальными компьютерами в сети.

Достоинства: в топологии «общая шина» выход из строя отдельных компьютеров не приводит всю сеть к остановке.

программный файловый операционный драйвер

Недостатки: несколько труднее найти неисправность в кабеле и при обрыве кабеля (единого для всей сети) нарушается работа всей сети.

Соединение типа «кольцо» (рис. 3). Данные передаются от одного компьютера к другому; при этом если один компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, то он передает их дальше (по кольцу).

Достоинства: балансировка нагрузки, возможность и удобство прокладки кабеля.

Недостатки: физические ограничения на общую протяженность сети.

От схемы зависит состав оборудования и программного обеспечения. Топологию выбирают, исходя из потребностей предприятия. Если предприятие занимает многоэтажное здание, то в нем может быть применена схема «снежинка» (рис. 4), в которой имеются файловые серверы для разных рабочих групп и один центральный сервер для всего предприятия.