Во-вторых, еще одно очевидное и также очень важное преимущество сети - более высокая отказоустойчивость. Что такое отказоустойчивость? Это способность системы выполнять свою работу (может не в полном объеме) при отказах отдельных элементов аппаратуры и неполной доступности данных. Как вам известно, сбои и отказы аппаратуры или программного обеспечения, как правило, непредсказуемые по своей природе, и к их нежелательному приходу надо тщательно готовиться. Отказоустойчивость сети обеспечивается за счет избыточности (как говорят лучше больше чем меньше). Именно избыточность узлов компьютера, которые обрабатывают информацию (например, процессоров в многопроцессорных системах или компьютеров в сетях) позволит при отказе одного узла просто переназначить те задачи, которые он выполнял на другие соответствующие узлы. Поэтому часто в сетях заранее предусматривают обеспечение избыточности, например, дублируют целые наборы данных на внешние запоминающие устройства нескольких компьютеров сети, так что при отказе одного из них данные остаются доступными.

В-третьих, для многих предприятий характерен такой принцип функционирования: работники предприятия (фирмы) саму работу выполняют автономно, независимо друг от друга, но эта работа требует определенных вычислений. К примеру, так работают банковские структуры, торговые корпорации, предприятия, которые занимаются автоматизацией каких-то технологических процессов (а это требует проведения большого количества вычислений) и т. п. При этом они могут работать в разных зданиях или даже в разных городах. В такой ситуации самым рациональным решением будет: предоставить им собственные вычислительные средства. Но, в то же время, поскольку решаемые ими задачи очень тесно взаимосвязаны, и в итоге общая задача предприятия выполняется совместно, их вычислительные средства должны быть объединены в единую сеть. Для таких предприятий применение сети - выход намного проще и рациональнее, чем использование системы с одним мощным мейнфреймом (большой ЭВМ, которая выполняла бы все вычисления) и подключенными к нему терминалами. Работники смогут нормально выполнять свои функции и передавать нужную информацию в нужный момент в нужное место.

Для пользователей, кроме выше названных сети дают еще такие преимущества, как возможность совместного использования данных и устройств. Например, на предприятии существуют пять подразделений. Каждому подразделению необходим, как минимум, один компьютер, для обработки и хранения информации. Помимо того каждому компьютеру, необходимо еще какое-то периферийное оборудование - принтеры, факс аппараты, модемы и т. п. Можно себе представить, сколько денег надо было бы предприятию потратить на закупку этого оборудования для каждого подраздела, тут никакой речи и быть не может о снижении себестоимости продукции, выпускаемой после такой модернизации. Да и пользователи при этом не в лучшем положении, поскольку единственный способ получить файл, который находится на другом компьютере - прийти и переписать его на дискету, тоже самое если файл нужно распечатать, а принтер подключен к другому компьютеру (а если размеры нужной пользователю информации очень большие, или если этот компьютер находится в другом здании?).

Можно дальше перечислять все ужасы обслуживания такого предприятия, но и этого достаточно, чтобы определить, что такому предприятию просто необходимо обеспечить связь между компьютерами, с помощью которой один компьютер получает доступ к локальным ресурсам (данные на диске, разные периферийные устройства) другого компьютера, т. е. организовать единую вычислительную сеть.

Разделение локальных ресурсов каждого компьютера между всеми пользователями сети - основная цель создания вычислительной сети.

А основная причина развертывания сети на предприятии - разделение дорогостоящих периферийных устройств - таких как, дисковые массивы большой емкости, цветные принтеры, графопостроители, модемы, оптические диски. В современной сети пользователь работает за своим компьютером, часто не отдавая себе отчета в том, что при этом он пользуется данными другого мощного компьютера, находящегося за сотни километров от него. Он отправляет электронную почту через модем, подключенный к коммутационному серверу, общему для нескольких отделов его предприятия.

У пользователя складывается иллюзия, что эти ресурсы подключены непосредственно к его компьютеру или же "почти" подключены, так как для их использования ему нужно совершить не намного больше действий, чем при использовании своих локальных ресурсов. Такое свойство называют прозрачностью. О свойствах сети будет рассказано в следующем разделе.

В последнее время, стала преобладать другая причина развертывания сетей, гораздо более важна, чем экономия средств за счет разделения между сотрудниками предприятий дорогой аппаратуры или программ. В наше время предприятия уже более интересуются экономией времени, нежели экономией средств. Поэтому этой причиной стало стремление обеспечить пользователям (работникам предприятия) оперативный доступ к обширной корпоративной информации (сети в масштабе предприятия).

В условиях жестокой конкуренции на рынке, в любом его секторе, выигрывает та фирма, которая сможет быстро реагировать на любой вопрос своих клиентов - о возможностях продукции, о ее применении, о других каких-то решениях проблем и т. п. Можно себе только представить, сколько информации нужно поместится в голове менеджера, особенно если это голова менеджера крупной корпорации. Всякие тонкости каждого из выпускаемой фирмой продуктов, тем более что их разновидности могут меняться чуть ли не каждый месяц, вряд ли может знать даже очень хороший менеджер. Поэтому, гораздо проще предоставить менеджеру собственный компьютер (лучше даже портативный), подключенный к корпоративной сети. Тогда, этот менеджер, находясь в любой точке мира, скажем в Магадане, сможет передать запрос клиента на сервер, находящийся скажем в Одессе, и очень оперативно получить качественный ответ, удовлетворяющий клиента.

Для организации такой быстрой и надежной связи в корпоративной сети важно наличие хорошо структурированной информации на серверах предприятия, и организации эффективного поиска информации.

С использованием сетей в целом улучшается процесс обмена информацией и взаимодействия между сотрудниками предприятия, а также его клиентами и поставщиками, все происходит быстро, мобильно и структурировано. Очень часто предприятия соглашаются внедрять сеть именно из-за возможности электронной почты, а, тем более что сейчас уже существуют возможности передавать не только компьютерные данные, но и голосовую и видеоинформацию. Директору предприятия, прямо не выходя из своего кабинета, можно организовывать аудио - и видеоконференции, участники которой могут быть при этом в любых точках мира.

Таким образом, можно перечислить те преимущества, которые предоставляет предприятию использование сетей:

1. Разделение дорогостоящих ресурсов. Пользователи могут хранить свои данные на отдельных серверах, а на своих машинах только выполнять программы, которые обрабатывают эти данные - экономия жестких дисков. Пользователи могут печатать на принтерах, подключенных к другим компьютерам (в частности, к специальным принт-серверам), или могут соединяться с другой сетью, используя модем, подключенный к другому компьютеру (в частности, к специальному коммутационному серверу) - экономия оборудования, и т. д.

2. Совершенствование коммуникаций. При таком развитии сети вытесняют использование привычных форм передачи информации - обычной почты, телефонов.

3. Улучшение доступа к информации. Эта возможность сети сопровождается соответствующим программным обеспечением, которое и обеспечивает структурированный и быстрый поиск информации.

4. Быстрое и качественное принятие решений.

5. Свобода в территориальном размещении компьютеров.

Однако вычислительные сети также имеют свои недостатки. И они в основном связаны с тем, чтобы заставит все отдельные узлы сети максимально эффективно выполнять все выше перечисленные возможности.

Во-первых, это сложности, связанные с программным обеспечением - операционными системами и приложениями. Программирование для сетей принципиально отличается от программирования для централизованных систем. При разработке сетевых приложений необходимо организовывать совместную работу их частей, выполняющихся на различных компьютерах. Много забот доставляет обеспечение совместимости программного обеспечения.

Во-вторых, много проблем возникает в процессе передачи (транспортировке) сообщений по каналам связи между компьютерами. Самая главная - обеспечить надежность. Т. е. передавать данные без искажения и тем более без потерь, каждый пользователь хочет получить именно то, что он запросил, и ничто другое его не устроит. Вторая проблема - обеспечить производительность, чтобы пользователю не пришлось в конце рабочего дня получить файл, который он запросил утром, когда пришел на работу.

В-третьих, существуют проблемы, связанные с безопасностью. Если в сети не обеспечивается безопасность информации, то от использования сети лучше вообще отказаться

Можно было бы продолжать этот список "за" и "против" использования сетей, но главное доказательство эффективности - явное повсеместное на сегодняшний день их распространение. Трудно сейчас найти крупное предприятие, на котором не было хотя бы простенькой сети персональной компьютеров (например, в отделе бухгалтерии). Все больше и больше появляется крупных сетей с сотнями рабочих станций и десятками серверов, некоторые большие предприятия и организации обзаводятся частными глобальными сетями, объединяющими их филиалы, расположенные на тысячи километров друг от друга.

1.7. Требования, предъявляемые при разработке и функционировании сети.

Главное требование, предъявляемое к сетям, является выполнение сетью ее основной задачи - обеспечить пользователям возможность доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть.

Все остальные требования - производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость, масштабируемость связаны с качеством выполнения этой задачи.

1. Производительность сети

Основное свойство компьютерных сетей. Оно заключается в обеспечении возможности параллельной работы (эффективной работы) нескольких компьютеров сети. К сожалению, эту возможность не всегда удается реализовать. Есть несколько основных характеристик производительности сети:

¾  Время реакции

¾  Пропускная способность

¾  Задержка передачи и вариация задержки передачи

Время реакции сети напрямую характеризует скорость работы сети. Именно эту характеристику мы имеем в виду, когда говорим "Что-то медленно сеть работает сегодня". А в общем случае это интервал времени между возникновением запроса пользователя к какой-то сетевой службе и получением ответа на этот запрос. Время реакции сети будет зависеть от типа службы, к которой обращается пользователей, от того, какой пользователь, и к какому серверу обращается, и от текущего состояния элементов сети, через которые осуществляется сам запрос, загруженности сервера и т. п. В общем, ясно, что эта величина не может быть постоянной, и для приблизительной характеристики сети нужно вычислять среднее значение этой величины. Для пользователя важно общее значение времени реакции, но для специалиста важно знать все составляющие этой величины. Это даст ему возможность оценить производительность отдельных элементов сети, выявить узкие места и принять соответствующие меры.

Пропускная способность - объем данных, переданных сетью или ее частью в единицу времени. Эта характеристика не пользовательская, поскольку говорит о скорости выполнения внутренних операций сети - передаче пакетов данных между узлами сети через различные коммуникационные устройства. Но она очень ярко характеризует транспортировку сообщений в сети, и используется наиболее часто при анализе производительности сети.

Пропускная способность измеряется либо в бит/сек. либо в пакет/сек.

Пропускная способность бывает мгновенной, максимальной и средней.

Средняя пропускная способность - общий объем переданных данных /время передачи. Время берется - час, день, неделя.

Мгновенная пропускная способность отличается от средней тем, что время выбирается меньшим (1мсек. или 1сек.).

Максимальная пропускная способность - наибольшее значение мгновенной пропускной способности, которая была зафиксирована в какой-то период времени.

При проектировании, настройке, наладке сети использует чаще среднюю и максимальную пропускные способности. Пропускную способность можно измерять между любыми двумя узлами или точками сети. Для анализа и настройки сети очень полезно знать данные о пропускной способности отдельных элементов сети.

Задержка передачи - задержка между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства или части сети и моментом появления его на выходе этого устройства.

Этот параметр производительности по смыслу близок ко времени реакции сети, но всегда характеризует только сетевые этапы обработки данных, без учета задержек обработки компьютерами сети.

Для описания качества сети используют величины: максимальная задержка передачи и вариация задержки.

Обычно задержки для любых типов трафика не превышают сотен миллисекунд, реже - нескольких секунд. Такие задержки пакетов, порождаемых файловой службой, службой электронной почты или службой печати, мало влияют на качество этих служб с точки зрения пользователя сети. А с другой стороны, если такие же задержки пакетов будут возникать при передаче голосовых данных или видеоизображений, то это может привести к не очень приятным последствиям. Может возникать эффекта "эха", и пользователь просто не сможет разобрать некоторые слова, может дрожать изображения и т. п.

В принципе пропускная способность и задержка передачи - независимые параметры. Сеть может обладать, например, высокой пропускной способностью, но вносить значительные задержки при передаче каждого пакета.

2.Надежность и безопасность

Для простых технических устройств сети используются одни показатели надежности (наработка на отказ, время отказа, интенсивность отказов), а для сложных систем, состоящих из многих элементов, используются другой набор характеристик. Таких как:

Готовность или коэффициент готовности (availability)- означает промежуток времени, в течении которого система может быть использована. Готовность можно увеличить за счет избыточности структуры сети (при отказе одного, другой продолжает выполнять его функции). Высоконадежная система должна иметь высокую готовность, но этого недостаточно. Если используется избыточность, то нужно обеспечить: во-первых, - преждевременную сохранность данных и защиту от искажений информации; во-вторых, - согласованность данных. И если у вас в сети на нескольких серверах хранятся копии данных, то нужно обеспечить их постоянное соответствие друг другу.

Вероятность доставки пакета. Так как сеть работает на основе механизма передачи пакетов информации между конечными узлами, то следующей характеристикой надежности сети является вероятность доставки пакета без искажений.

Безопасность (security)- это способность сети защитить свои данные от постороннего нежелательного (несанкционированного) доступа. Понятно, что при передаче информации по линиям связи, часто проходящим через общедоступные помещения, которые могут прослушиваться безопасность данных - очень уязвимое место сети. Тем более, если сеть имеет выходы в глобальные сети общего пользования.

Отказоустойчивость (fault tolerance)В сетях, под этим словом понимают способность системы скрыть от глаз пользователя отказ отдельных ее элементов. Вот, допустим, пользователь работает с базой данных, а она предварительно сохранена на нескольких серверах. Если, вдруг, один из них откажется работать, то пользователь ничего не подозревая, дальше продолжит свою работу, хотя качество работы сети все же немного снизится.

3.Расширяемость и масштабируемость

Расширяемость (extensibility) - возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, служб), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной. Важно отметить, что расширяемость сети может осуществляться даже в очень ограниченных пределах. Например, локальная сеть, построенной на основе одного единственного сегмента толстого коаксиального кабеля, обладает хорошей расширяемостью, потому что, легко позволяет подключать новые станции. Но одновременно имеет ограничение на число станций, потому что сразу снижается производительность сети. Этот пример показывает плохую масштабируемость системы при хорошей расширяемости.

Масштабируемость (scalability) означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов b протяженность связей в очень широких пределах, и при этом производительность сети не ухудшается. Масштабируемость сети обеспечивают дополнительным коммуникационным оборудованием, при этом и специальным образом структурируют сеть. Например, хорошей масштабируемостью обладает многосегментная сеть, построенная с использованием коммутаторов и маршрутизаторов и имеющая иерархическую структуру связей. Такая сеть может включать несколько тысяч компьютеров и при этом обеспечивать каждому пользователю сети нужное качество обслуживания.

4. Прозрачность

Прозрачность (transparency), это когда сеть представляется пользователям не как множество отдельных компьютеров, связанных между собой сложной системой кабелей, а как одна обыкновенная вычислительная машина. "Сеть - это компьютер" - эта фраза относится к пониманию свойства прозрачности сети. Об обеспечении прозрачности можно говорить с двух сторон - со стороны пользователя и программиста. Для пользователя нужно, чтобы, работая с удаленными ресурсами, он использовал те же команды и привычные ему процедуры, что и для работы с локальными ресурсами. На программном уровне прозрачность заключается в том, что приложению для доступа к удаленным ресурсам требуются те же вызовы, что и для доступа к локальным ресурсам. В сети должны быть скрыты как все особенности операционных систем, так и все различия типов компьютеров. К примеру, пользователь Macintosh должен без проблем иметь доступ к ресурсам системы под управлением UNIX, пользователь UNIX должен иметь возможность разделять информацию с пользователями Windows 95 и т. п. Реальное место нахождения программных и аппаратных ресурсов не должны даже выдавать и их имена. Т. е. ресурсы должны перемещаться без изменения своих имен. Для программиста должна быть обеспечена такая прозрачность, когда система сама берет на себя обязанность распределять (распараллеливание вычислений) части приложений по процессорам и компьютерам сети, его этот процесс не должен касаться. В наше время любая сеть стремится обеспечить прозрачность, это стало одной из основных целей при разработке современной сети.

5. Поддержка разных видов трафика

Сейчас уже никого не удивишь возможностями посмотреть фильм или прослушать музыку в сети. Мультимедийные данные, которые представляют собой речь или видеоизображение в цифровой форме уже давно "проникли" в трафик сети. Естественно, что динамические передачи мультимедийного трафика требуют совсем других алгоритмов и протоколов, другого оборудования, и мы это уже отмечали.

Кратко остановимся на особенностях, возникающих при передачах в сети голоса или изображения.

Во-первых - очень жесткое требование к синхронности передач. Звуковые колебания или изменения интенсивности света в видеоизображениях - непрерывные процессы. Поэтому чтобы качественно воспроизвести эти сигналы, нужно измерить и закодировать амплитуды частоты этих сигналов на передающей стороне, вычислить эти же значение на принимающей стороне и потом сравнить эти величины. И здесь очень важна точность соответствия. Малейшее запаздывание сообщения - это искажения всей информации.

Во-вторых, мы уже говорили, что в сетях присутствует неравномерная интенсивность поступлений потоков информации (пульсирующий трафик). Скажем, если пользователь работает с файлом, который принадлежит другой машине, то по мере того, что он делает с этим файлом (а он делать может различные действия), возникает совсем неравномерный поток сообщений между компьютером пользователя и удаленным компьютером-владельцем файла. Алгоритмы, и протоколы, и оборудование компьютерной сети рассчитаны на работу именно с пульсирующим трафиком. Теперь, когда стало необходимостью работать с непрерывным мультимедийным трафиком, понадобились существенные изменения этих средств. Но на нынешний момент эти вопросы успешно решаются и даже решены в той или в иной степени.

Особенно тяжело пришлось обеспечить совместить работу традиционного компьютерного и мультимедийного трафиков. В принципе, звуки и видео - это скорее развлечение, нежели основной вид деятельности, поэтому основное внимание отводят качеству компьютерного трафика при присутствии мультимедийного. И, конечно же, основные усилия разработчики сейчас направляют на то, чтобы попытаться не ущемлять интересы обоих видов потоков информации.

6. Управляемость

Управляемость сети означает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и решать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети. В общем случае, хорошая система управления должна уметь:

¾  наблюдать за сетью и, обнаружив проблему, быстро реагировать, выполнять строго определенное действие, которое может исправить ситуацию, и поставить в известность администратора о случившейся проблеме, и о принятых мерах;

¾  накапливать данные, чтобы потом на их основании можно было планировать развитие сети;

¾  быть независимой от производителя, и простой в использовании.

Следует отметить, что задача - организация систем управления сети, развита еще очень слабо. Большинство существующих средств только наблюдают за состоянием сети, но не выполняют активные действий, если что-то произошло.

7. Планирование сети

Процесс планирования сети становиться неотъемлемой частью работы администратора, особенно в больших сетях. Он должен иметь возможность постоянно следить за тем, какие возникают проблемы производительности, конфигурирования сети, обработки сбоев, безопасности информации. Все эти задачи и называют планированием сети.

8. Совместимость

Совместимость означает, что сеть способна включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение. Т. е. в сети могут совместно работать различные операционные системы, которые работают в сети с помощью разных сетевых протоколов и аппаратные средства и приложения от разных производителей. Сеть, состоящая из разнотипных элементов, называется неоднородной или гетерогенной.

9. Интегрируемость

Если гетерогенная сеть работает без проблем, то она является интегрированной. Интегрируемость сетей удается достичь, если в сети использовать модули, которые выполнены согласно соответствующим стандартам. В других разделах курса мы поговорим об этом подробнее.

2. ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ (КС)

2.1  Определение КС и ее программных и аппаратных компонентов.

Компьютерная сеть – представляет собой систему распределенной обработки информации, состоящую как минимум, из двух компьютеров, взаимодействующих между собой с помощью средств передачи информации.

Каждый компьютер работает под управлением собственной операционной системы, общая операционная система, распределяющая работу между компьютерами сети, может отсутствовать. Тогда необходимы некоторые добавления к персональным ОС. На тех компьютерах, ресурсы которых должны быть доступны пользователям сети, необходимо добавить модули, которые будут обслуживать (serve) запросы на доступ к этим ресурсам. Такие модули называются программными серверами (server) На тех компьютерах, пользователи которых хотят получать доступ к ресурсам других компьютеров необходимо добавить специальные модули, вырабатывающие запросы на доступ к удаленным ресурсам. Такие модули называются программными клиентами (client). Два модуля «клиент-сервер» обеспечивающие совместный доступ к какому либо типу ресурса называются службой (service). Например, файловая служба, служба удаленного доступа, служба электронной почты.

На структурном уровне сервер - абонент сети, отдающий в сеть свой ресурс и имеющий или не имеющий доступа к ее ресурсам, клиент - абонент, не отдающий в сеть свой ресурс, но имеющий доступ к ресурсам сети. Иногда клиенты называются рабочими станциями в противоположность серверу.

Сетевые службы представляют собой распределенные программы. Распределенная программа – программа, состоящая из взаимодействующих модулей, каждый из которых выполняется на отдельном компьютере. Сетевые службы это системные распределенные программы. Распределенные пользовательские программы называются сетевыми приложениями.

В структуре КС принято выделять 4 основных составляющих: компьютеры, коммуникационное оборудование, операционная система, сетевые приложения.

Иногда структуру КС описывают с помощью многослойной модели.

Первый слой – аппаратный. Слой стандартных компьютерных платформ – различные средства сбора, хранения обработки информации – персональные компьютеры, специализированные микроконтроллеры, миникомпьютеры, большие компьютеры (mainframes), специальные рабочие станции.

Второй слой - коммуникационное оборудование. Средства передачи информации, обеспечивающие взаимосвязь между компьютерами – сетевые адаптеры, соединенные средой передачи данных и другое коммуникационное оборудование.

Сетевой адаптер - электронная плата, сопрягающая аппаратуру абонента сети и среды передачи информации.

Среда передачи информации - электрический кабель, коаксиальный, витая пара, оптоволоконный и т. д., т. е. то, что используется в данной сети для связи абонентов.

Третий слой - программная платформа сети. Операционные системы

Четвертый слой - сетевые приложения. Сетевые базы данных, почтовые системы, системы автоматизации коллективной работы

В соответствии с функциональным назначение компьютеров, сети принято делить на одноранговые и сети на основе серверов (серверные) сети.

Если узлы сети выполняют одинаковые коммуникационные функции, они называются равными (peer). Такая сеть называется обычно одноранговой (peer-to-peer networks). При этом ресурсы каждого компьютера условно делятся на локальные и сетевые. Локальными называются собственные ресурсы каждого компьютера, независимо от того подключен он или нет к сети. Сетевыми называется часть локальных ресурсов, которые каждый компьютер предоставляет в общее пользование другим компьютерам. Если один из компьютеров сети использует ресурсы другого компьютера, то он выступает в качестве клиента, соответственно компьютер, предоставляющий ресурсы рассматривается в данный момент как сервер.

Если сеть состоит из множества рабочих станций или клиентов, которые обмениваются информацией с одним или небольшим количеством серверов, то такая сеть называется клиент-сервер (client-server networks). Сети клиент-сервер предлагают централизованный доступ к серверу, приложениям или устройствам, упрощающим доступ к информации. Серверов в сети может быть несколько. Выделенный сервер – это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер кроме функций по обслуживанию сети может решать еще и другие задачи. Для каждого вида сетевых ресурсов создан свой сервер (файловый сервер, сервер печати, сервер баз данных) Поскольку ресурсы сконцентрированы на сервере, в отличии распределенных по сети ресурсов в одноранговых сетях, сети клиент-сервер более эффективны.

КС являются сложными программно-аппаратными системами, анализ которых проводится на уровне их архитектуры.

Архитектура ИКС(network architecture) определяется: топологией, протоколами, интерфейсами, сетевыми техническими и сетевыми программными средствами. Таким образом, архитектура сети описывает конкретный стандарт сети – например, Ethernet, Token Ring, Arcnet. Топология(topology) отражает структуру связей между основными компонентами КС. Топология относится к физическому расположению кабеля. Существуют различия между топологиями локальных и глобальных сетей. Топология глобальной сети имеет сложную и неоднородную структуру. Топология локальной сети имеет определенную структуру: линейную, кольцевую, древовидную. Протоколы – правила взаимодействия функциональных элементов сети. Интерфейсы – средства сопряжения функциональных элементов. Сетевые технические средства – устройства, обеспечивающие объединение компьютеров в единую компьютерную сеть. Сетевые программные средства – осуществляют управление работой компьютерной сети и обеспечивают соответствующий интерфейс пользователям.

2.2 Как «выглядит» информация в компьютере.

Для лучшего понимания следующих разделов данной лекции вспомним как «выглядит» информация в компьютере. Из курса информатики мы знаем, что такое система исчисления. Каждая из систем имеет основание, созвучное с ее названием, а именно:

десятичная - (используются цифры 0, 1, ..., 9, основание 10);

двоичная - (используются цифры 0, 1, основание 2);

восьмеричная - (используются цифры 0, 1, ..., 7, основание 8);

шестнадцатеричная - (для первых целых чисел от н, ..., 9, а для следующих чисел - от десяти до пятнадцати - в качестве цифр используются символы A, B, C, D, E, F, основание 16).

В таблице 2.1 приведены значения первых двух десятков целых чисел в этих системах исчисления.

Люди предпочитают десятичную систему, вероятно, потому, что с древних времен считали по пальцам, а пальцев у людей по десять на руках и ногах. А компьютеры используют двоичную систему потому, что она имеет ряд преимуществ перед другими системами:

-  для ее реализации нужны технические устройства с двумя устойчивыми состояниями (есть ток - нет тока, намагничен - не намагничен и т. п.), а не, например, с десятью, - как в десятичной;

-  представление информации посредством только двух состояний надежно и помехоустойчиво;

-  возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований информации;

-  двоичная арифметика намного проще десятичной.

Недостаток двоичной системы - быстрый рост числа разрядов, необходимых для записи чисел (См. табл. 2.1 - так для записи 8 в десятичной системе необходим 1 разряд, а в двоичной системе – 4 разряда ). Поэтому для упрощения работы с двоичными машинными кодами были разработаны также восьмеричная и шестнадцатеричная системы исчисления.

Таблица 2.1 Pначения первых двух десятков целых чисел в 10,2,8,16-ричнных системах исчисления

Числа в этих системах требуют соответственно в три (восьмеричная) и в четыре (шестнадцатеричная) раза меньше разрядов, чем в двоичной системе (ведь числа 8 и 16 - соответственно, третья и четвертая степени числа 2).

Перевод восьмеричных и шестнадцатеричных чисел в двоичную систему очень прост: достаточно каждую цифру заменить эквивалентной ей двоичной триадой (тройкой цифр) или тетрадой (четверкой цифр). Например, пользуясь таблицей 2.1 можно перевести 537, 1 в восмеричной системе и 1А3,F в шестнадцатиричной системе в двоичный код.

Чтобы, наоборот, перевести число из двоичной системы в восьмеричную или шестнадцатеричную, его нужно разбить влево и вправо от запятой на триады (для восьмеричной) или тетрады (для шестнадцатеричной) и каждую такую группу заменить соответствующей восьмеричной (шестнадцатеричной) цифрой (См. таблицу 2.1).

Итак, мы сказали, что целые числа в большинстве современных компьютеров представлены в виде двоичного кода. Теперь посмотрим, как выглядит машинное слово. Наименьшая величина информации в компьютере именуется битом. Количество информации в 8 бит называют байтом. С развитием компьютерной техники, стало возможной передача информации не только по байтам, но и целыми машинными словами. Машинное слово состоит из 16 бит или из 2 байт.

Биты нумеруются справа налево начиная с 0.

Все вычисления над битами информации осуществляются по правилам двоичной арифметики. При сложении двух чисел биты складываются по правилам:

Числа со знаком интерпретируются чуть иначе. Бит [15] считается знаковым: 0 - число положительно или равно нулю, 1 - отрицательно. Отрицательные числа хранятся в виде дополнительного кода:

Такой вид обусловлен общеизвестным правилом:

Таким образом, компьютер для передачи, приема или преобразования информации использует только с двоичные коды. Все вычисления внутри компьютер осуществляет по правилам двоичной арифметики, и на выходе результат также представлен двоичным кодом. Но это внутри компьютера, а как же выглядит информация, которая передается по линиям связи в сети? Ведь эти линии - обыкновенные метры кабеля, которые находятся за пределами компьютера, и внутри которых нет никаких вычислительных устройств. Поэтому в следующем разделе рассмотрим проблемы передачи данных по линиям связи.

2.3  Физическая передача данных по линиям связи.

В вычислительной технике данные представляются двоичным кодом. Внутри компьютера единицам и нулям данных соответствуют дискретные электрические сигналы. По линиям связи данные также передаются в электрическом или оптическом виде. Представление данных в виде электрических или оптических сигналов называется кодированием.

Существуют разные способы кодирования двоичных цифр "1" и "0". Например, потенциальный способ. Этот способ представляет единицу как один уровень напряжения, а нуль - другой уровень напряжения.

Рис. 2.1 Потенциальный способ кодирования.

На этом рисунке, как выглядит логическая "1"-ца представлена электрическим сигналом напряжения +5V, и логический "0" представлен как электрический сигнал напряжением 0V.

Другой способ кодирования электрических сигналов, которым такжесоответствуют логические "0" и "1", - импульсный способ. Этот способ представляет логические "0" и "1" как импульсы, определенной частоты, которые могут быть различной или одной полярности (+ или -).

Рис. 2.2 Импульсный способ кодирования.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13