Введение в компьютерные сети

Анализ мировых тенденций развития экономики свидетельствует о том, что ее состояние в значительной степени зависит от степени развития средств сбора, хранения, передачи и обработки информации в различных сферах человеческой деятельности.

Ключевую роль в этом вопросе призваны сыграть компьютерные сети, которые возникли как результат сотрудничества специалистов из двух областей - компьютерной техники и связи. Они являются конкретным воплощением общей тенденции к распределенной информации, которая проявляется в создании мультипроцессорных систем (серверов), распределенных баз данных, в использовании интеллектуальных терминалов на основе персональных компьютеров и мобильных средств связи.

Важной компонентой компьютерной сети является система передачи данных. Наиболее перспективными в этом отношении системами являются волоконно-оптические (ВОЛС), спутниковые системы связи (CCC) и мобильные телекоммуникации. Именно эти системы обеспечили возможность создания международной глобальной сети Internet, которая располагает мировыми, распределенными по материкам и странам, информационными ресурсами, позволяет получать к ним удаленный доступ, обмениваться информацией в режиме «электронная почта».

Таким образом, компьютерная сеть представляет собой комплекс распределенной компьютерной техники (компьютеров, программируемых контроллеров, устройств ввода-вывода информации и т.д.), соединенной между собой системой передачи данных, содержащей коммуникационное оборудование и каналы связи.

В зависимости от территориального расположения, компьютерные сети подразделяются на локальные, региональные и глобальные.

Локальная компьютерная сеть (LAN) - это комплекс распределенной в пределах отдельных зданий и сооружений компьютерной техники, соединенной высокоскоростными цифровыми каналами связи.

Характерной особенностью LAN является их упрощенная топология, т.е. пространственное расположение компьютерной техники и каналов связи. Типовыми топологиями являются шина (рис. 1), звезда (рис. 2), и кольцо (рис. 3). Упрощенная топология LAN, а также малая протяженность (несколько тысяч метров) обеспечили им высокую скорость передачи данных (более одного миллиарда бит в секунду). В качестве каналов связи в LAN применяются «витая пара» (скрученные медные провода), ВОЛС и Wi-Fi - беспроводная технология соединения компьютеров в локальную сеть и подключения к Internet (Wireless Fidelity - высокая точность беспроводной передачи данных).

Кроме топологии, важной характеристикой LAN является технология передачи данных (метод доступа компьютера к каналу связи). В LAN, в основном, применяются два метода: множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA/CD) и маркерный метод доступа.

При методе доступа CSMA/CD компьютер перед началом передачи слушает канал связи и определяет наличие несущей (физического сигнала, свидетельствующего о передачи данных другим компьютером). После исчезновения несущей, компьютер начинает передавать данные и одновременно слушает канал для обнаружения столкновения несущих, если другой компьютер пытается также передать данные. Обнаружив столкновение, компьютер прекращает передачу и пытается возобновить ее через некоторый случайный промежуток времени.

В LAN с маркерным методом доступа правом передавать данные обладает только один компьютер, в котором находится маркер. Маркер представляет собой специальное сообщение (пакет), который постоянно циркулирует в сети от одного компьютера к другому. Такой метод доступа гарантирует, что любой компьютер рано или поздно получит маркер и выполнит передачу данных. При этом сеть содержит средства восстановления маркера в случае его пропажи.

Примером LAN, в которой реализован метод доступа CSMA/CD, является сеть Ethernet. На основе маркерного метода доступа построены сети ARCNet и Token Ring.

Региональные компьютерные сети (WAN) представляют собой объединение LAN предприятий и организаций, расположенных в пределах региона или области и связанных между собой разнообразными каналами передачи данных: кабельными, ВОЛС, радиоканалами, спутниковыми системами связи (ССС).

WAN могут иметь произвольную топологию. Для объединения LAN применяются специальные устройства: мосты, маршрутизаторы и шлюзы.

Мост - это устройство, соединяющее две сети, построенные по одной и той же технологии (например, Ethernet или ARCNet). Через мост передаются сообщения, которыми обмениваются компьютеры, расположенные в разных сетях.

Маршрутизатор представляет собой устройство для соединения LAN с разной технологией (например, Ethernet и Token Ring). Маршрутизатор в отличие от моста имеет свой собственный сетевой адрес и используется как промежуточный пункт назначения. Основное назначение маршрутизатора состоит в управлении маршрутами передаваемых сообщений.

Шлюз ‑ это устройство, которое кроме функций маршрутизации выполняет преобразование данных из одного формата в другой либо специальных программ сетевого обмена (протоколов) из одного типа в другой.

Глобальные компьютерные сети (GAN) объединяют WAN, компьютерные сети стран, материков. Построение этих сетей выполняется строго в соответствии с международными стандартами. Примером глобальной сети является сеть Internet, которая соединила в себе национальные сети стран мира, содержит сотни миллионов компьютеров, обеспечивает удаленный доступ к мировым информационным ресурсам (в том числе, национальным библиотечным фондам), позволяет передавать и принимать сообщения в режиме «электронная почта» (E ‑ mail) абонентам, находящимся на разных материках.

Важной особенностью сети Internetявляется ее способность хранить и передавать не только цифровые данные, но и речь, музыку, видеоизображение. Поэтому с дальнейшим развитием сети Internet (созданием более производительных маршрутизаторов и шлюзов, широким внедрением ВОЛС и ССС) она заменит существующие в настоящее время средства связи.

В процессе своего развития сеть Internetоказывает существенное влияние на современные способы построения LAN, которое проявляется в разработке Intranet - технологий. Основу Intranet - технологий составляют те же методы и средства (в первую очередь, средства доступа к информационным ресурсам), которые применяются в сети Internet.