Лекции по информатике

1. 04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 1
1. Предпосылки появления КС
2. Назначение
3. Организация
4. Классификация
5. Программное обеспечение КС

2. Назначение компьютерных сетейНазначение компьютерных сетей
Под компьютерной сетью понимают единый комплекс
территориально рассредоточенных ЭВМ и их терминалов,
объединенных в единую систему каналами связи,
коммуникационным оборудованием, программным
обеспечением и протоколами для решения
информационных, управленческих, вычислительных и/или
других задач.
Следствия:
1. компьютерная сеть — это набор компьютеров;
2. сеть могут образовывать компьютеры разных типов;
3. передачу сообщений между любой парой компьютеров сети
обеспечивает коммуникационная система
4. компьютерная сеть позволяет пользователю работать со своим
компьютером автономно
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 2

3. 1.Предпосылки появления компьютерных сетей1.Предпосылки появления компьютерных сетей
Потребность обмена информацией существовала на всем историческом
пути развития человеческого общества.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 3

4. 1.Предпосылки появления компьютерных сетей1.Предпосылки появления компьютерных сетей
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 4

5. 1.Предпосылки появления компьютерных сетей1.Предпосылки появления компьютерных сетей
Сети передачи данных, являются результатом эволюции двух
важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации
— компьютерных и телекоммуникационных технологий.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 5

6. Первые сети — глобальныеПервые сети — глобальные
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 6
Практические результаты по объединению компьютеров в сети были
получены лишь в конце 60-х, когда с помощью глобальных связей и
техники коммутации пакетов удалось реализовать взаимодействие
машин класса мэйнфреймов и суперкомпьютеров (рис.1.4). Эти
дорогостоящие компьютеры хранили уникальные данные и
программы, обмен которыми позволил повысить эффективность их
использования.

7. Наследие телефонных сетейНаследие телефонных сетей
Глобальные компьютерные сети очень многое
унаследовали от— телефонных сетей. При создании
первых глобальных компьютерных сетей разработчики
отказались от принципа коммутации каналов.
Эксперименты и математическое моделирование показали,
что компьютерный трафик гораздо эффективней
передается по сетям, использующим принцип
коммутации пакетов, когда данные разделяются на
небольшие порции, которые самостоятельно перемещаются
по сети за счет встраивания адреса конечного узла в
заголовок пакета.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 7

8. Наследие телефонных сетейНаследие телефонных сетей
В первых глобальных сетях использовались уже существующие каналы
связи на основе телефонных каналов тональной частоты, способных в
каждый момент времени вести передачу только одного разговора в
аналоговой форме. Поскольку скорость передачи дискретных
компьютерных данных по таким каналам была очень низкой (десятки
килобит в секунду), набор предоставляемых услуг в глобальных сетях
обычно ограничивался передачей файлов, преимущественно в фоновом
режиме, и электронной почтой.
Развитие технологии глобальных компьютерных сетей во многом
определялся прогрессом телефонных сетей. С конца 60-х годов в
телефонных сетях все чаще стала применяться передача голоса в
цифровой форме, что привело к появлению высокоскоростных цифровых
каналов, соединяющих АТС и позволяющих одновременно передавать
десятки и сотни разговоров.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 8

9. Мини-компьютеры — предвестники локальных сетейМини-компьютеры — предвестники локальных сетей
В начале 70-х годов
появились большие
интегральные схемы
(БИС) которые привели
к созданию мини-
компьютеров.
Даже небольшие
подразделения
предприятий получили
возможность иметь
собственные
компьютеры
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 9
С помощью мини-компьютеров осуществлялось управление
технологическим оборудованием и выполнялись другие задачи уровня
отдела предприятия. Таким образом, появилась концепция распределения
компьютерных ресурсов по всему предприятию. Однако при этом все
компьютеры одной организации по-прежнему продолжали работать
автономно.

10. Появление стандартных технологий локальных сетейПоявление стандартных технологий локальных сетей
В середине 80-х годов утвердились стандартные технологии
объединения компьютеров в сеть — Ethernet, Arcnet, Token
Ring, Token Bus
Все стандартные технологии локальных сетей опирались на
тот же принцип коммутации, который был с успехом опробован и
доказал свои преимущества при передаче трафика данных в
глобальных компьютерных сетях — принцип коммутации
пакетов.
Стандартные сетевые технологии сделали задачу построения
локальной сети почти тривиальной. Для создания сети
достаточно было приобрести сетевые адаптеры соответствующего
стандарта, например Ethernet, стандартный кабель, присоединить
адаптеры к кабелю стандартными разъемами и установить на
компьютер одну из популярных сетевых операционных систем,
например Novell NetWare.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 10

11. Роль персональных компьютеров в эволюцииРоль персональных компьютеров в эволюции
компьютерных сетейкомпьютерных сетей
Начало 80-х годов связано с еще одним знаменательным для
истории сетей событием — появлением персональных
компьютеров.
Эти устройства стали идеальными элементами для построения
сетей: с одной стороны, они были достаточно мощными для
работы сетевого программного обеспечения, а с другой — явно
нуждались в объединении вычислительной мощности для
решения сложных задач, а также разделения дорогих
периферийных устройств и дисковых массивов.
Поэтому персональные компьютеры стали активно
использоваться в локальных сетях, причем не только в качестве
клиентских компьютеров, но и в качестве центров хранения и
обработки данных, то есть сетевых серверов, потеснив с этих
ролей мини-компьютеры и мэйнфреймы.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 11

12. Появление технологий локальных сетейПоявление технологий локальных сетей
Конец 90-х выявил явного лидера среди технологий локальных
сетей — семейство Ethernet, в которое вошли^
 классическая технология Ethernet 10 Мбит/c
 Fast Ethernet 100 Мбит/c
 Gigabit Ethernet 1000 Мбит/c.
Простые алгоритмы работы предопределили низкую стоимость
оборудования Ethernet. Широкий диапазон иерархии скоростей
позволяет рационально строить локальную сеть, применяя ту
технологию, которая в наибольшей степени отвечает задачам
предприятия и потребностям пользователей.
Все технологии Ethernet очень близки друг другу по принципам
работы, что упрощает обслуживание и интеграцию построенных
на их основе сетей.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 12

13. Новые возможности локальных сетейНовые возможности локальных сетей
Разработчики локальных сетей привнесли в организацию работы
пользователей много нового.
Стало намного проще, чем в глобальных сетях, получать доступ к
сетевым ресурсам — в локальной сети пользователю не
приходится запоминать сложные идентификаторы разделяемых
ресурсов. Для этих целей система предоставляет список ресурсов
в удобной для восприятия форме, например в виде древовидной
графической структуры ("дерева" ресурсов).
После соединения с удаленным ресурсом пользователь получает
возможность обращаться к нему с помощью тех же команд,
которые он применял при работе с локальными ресурсами.
Следствие - появление огромного количества
непрофессиональных пользователей, освобожденных от
необходимости изучать специальные (и достаточно сложные)
команды для сетевой работы.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 13

14. Конвергенция компьютерных иКонвергенция компьютерных и
телекоммуникационных сетейтелекоммуникационных сетей
В последнее время ярко выражена тенденция сближения
различных типов сетей: локальных и глобальных компьютерных
сетей, телекоммуникационных сетей других типов.
К телекоммуникационным сетям в настоящее время можно
отнести:
 телефонные сети;
 радиосети;
 телевизионные сети;
 компьютерные сети.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 14

15. Общая структура телекоммуникационной сетиОбщая структура телекоммуникационной сети
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 16

16. Назначение компьютерных сетейНазначение компьютерных сетей
1. Создание компьютерных сетей предприятий
2. Расширение информационного пространства
Задачи решаемые с помощью КС
1. Обмен файлами и сообщениями.
2. Совместное использование файлов данных и их
синхронизация.
3. Совместное использование программ.
4. Совместное использование внешних устройств.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 17

17. Функциональные роли компьютеров в сетиФункциональные роли компьютеров в сети
По своим функциям компьютеры в сети могут выступать в трех
разных ролях:
 Компьютер, занимающийся исключительно обслуживанием запросов
других компьютеров, играет роль выделенного сервера сети.
 Компьютер, обращающийся с запросами к ресурсам другой машины,
играет роль узла-клиента.
 Компьютер, совмещающий функции клиента и сервера, является
одноранговым узлом.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 19

18. Функциональные роли компьютеров в сетиФункциональные роли компьютеров в сети
Сеть не может состоять только из клиентских или только
из серверных узлов.
Сеть может быть построена по одной из трех схем:
сеть на основе одноранговых узлов — одноранговая сеть;
сеть на основе клиентов и серверов — сеть с выделенными
серверами;
сеть, включающая узлы всех типов — гибридная сеть.
Каждая из этих схем имеет свои достоинства и
недостатки, определяющие их области применения.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 20

19. КлассификацияКлассификация компьютерных сетейкомпьютерных сетей
По признаку территориального размещения сети
делятся на три основных класса:
LAN - локальные сети (Local Area Networks);
MAN - городские сети (Metropolitan Area Networks).
WAN - глобальные сети (Wide Area Networks);
По сфере функционирования:
промышленные
банковские
научных учреждений и т.д.
По форме функционирования:
коммерческие сети
бесплатные сети
корпоративные
сети общего пользования;
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 21

20. КлассификацияКлассификация компьютерных сетейкомпьютерных сетей
По характеру реализуемых функций :
вычислительные
информационные
смешанные
По способу управления:
децентрализованные,
централизованные
смешанные
По совместимости программного обеспечения:
однородные или гомогенные
неоднородные или гетерогенны
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 22

21. По типу функционального взаимодействияПо типу функционального взаимодействия
Точка-точка
Клиент-сервер
(Сlient/Server))
Одноранговая
Гибридная сеть
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 23

22. По типу сетевой топологииПо типу сетевой топологии
A) Последовательная
B) Звездообразная
C) Кольцевая
D) Полносвязная
E) Шинная
F) Гибридная
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 24

23. По типу сетевой топологииПо типу сетевой топологии
Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 25

24. По функциональному назначениюПо функциональному назначению
 Сети хранения
данных
 Сети SOHO
 Сети управления
процессами
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 26

25. Адресация компьютеров в сетиАдресация компьютеров в сети
Каждый компьютер сети имеет уникальное сетевое имя,
позволяющее однозначно его идентифицировать.
Адреса могут быть:
 числовыми (например, 129.26.255.255) и символьными(site.domen.ru);
 аппаратными и сетевыми;
 плоскими и иерахическими.
Адресное пространство может иметь плоскую (линейную) (рис.
4.9) или иерархическую (рис. 4.10) организацию.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 27

26. Адресация компьютеров в сетиАдресация компьютеров в сети
Аппаратные (физические) адреса. Такой адрес обычно
используется только аппаратурой, например 0081005е24а8
Логические адреса. Компьютеры например, нумеруются
"числом", состоящим из четырех байт, разделенных точками:
194.190.161.127 (Протокол IP).
Символьные адреса или имена. (служба Domain Name System
(DNS) ). - предназначены для запоминания людьми и поэтому
обычно несут смысловую нагрузку. Для работы в больших сетях
символьное имя может иметь сложную иерархическую структуру,
например, ftp-arch.ucl.ac.uk. Этот адрес говорит о том, что данный
компьютер поддерживает ftp-архив в сети одного из колледжей
Лондонского университета (University College London — ucl) и эта
сеть относится к академической ветви (ас) Internet
Великобритании (United Kingdom — uk).
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 28

27. Программное обеспечение КСПрограммное обеспечение КС
Структура сетевой операционной системы
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 68

28. Одноранговые сетевые ОС и ОС с выделенными серверамиОдноранговые сетевые ОС и ОС с выделенными серверами
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 69

29. Сети операторов связиСети операторов связи
Существуют сети, которые создаются специально для
оказания общедоступных (публичных, public)
телекоммуникационных услуг.
Примерами таких сетей могут служить городские,
региональные, национальные и международные телефонные
сети.
Их услугами пользуются многочисленные клиенты —
владельцы домашних и мобильных телефонов, а также
предприятия (корпоративные пользователи).
Специализированное предприятие, которое создает
телекоммуникационную сеть для оказания
общедоступных услуг, владеет этой сетью и
поддерживает ее работу, традиционно называется
оператором связи (telecommunication carrier).
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 73

30. Услуги, провайдеры услуг и сетевая инфраструктураУслуги, провайдеры услуг и сетевая инфраструктура
Услуги можно разделить на несколько уровней и
групп, используя разные критерии классификации.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 74

31. Услуги, провайдеры услуг и сетевая инфраструктураУслуги, провайдеры услуг и сетевая инфраструктура
Каждый оператор связи оказывает те услуги из общего набора,
которые ему представляются наиболее соответствующими его
профилю и экономически выгодными.
В большинстве стран мира (и в России тоже) операторы связи
должны получать от государственных органов лицензии на
оказание тех или иных услуг связи.
Клиенты
Все множество клиентов — потребителей
инфотелекоммуникационных услуг — можно разделить на два
больших лагеря:
 массовые индивидуальные клиенты;
 корпоративные клиенты.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 75

32. Услуги, провайдеры услуг и сетевая инфраструктураУслуги, провайдеры услуг и сетевая инфраструктура
Массовые индивидуальные клиенты - квартира или
частный дом, а клиентами — жильцы этой квартиры,
которым нужны, прежде всего, базовые услуги —
телефонная связь, телевидение, радио и (пока еще не
всем) выход в Internet.
Корпоративные клиенты — это предприятия и
организации различного профиля. Небольшие
предприятия по набору предпочтительных услуг не
слишком отличаются от массовых клиентов — это та
же базовая телефония и телевидение, только
телефонных номеров такому предприятию может
потребоваться не один, а два-три, да и потребности в
передаче данных сводится к стандартному модемному
доступу к Internet.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 76

33. Корпоративные сетиКорпоративные сети
Корпоративная сеть — это сеть, главным назначением которой
является обеспечение функционирования конкретного
предприятия, владеющего данной сетью.
Пользователями корпоративной сети являются только
сотрудники данного предприятия. В отличие от сетей
операторов связи, корпоративные сети, в общем случае, не
оказывают услуг другим организациям или пользователям.
В зависимости от масштаба предприятия, а также от сложности и
многообразия решаемых задач различают сети отдела, сети
кампуса и корпоративные сети (термин "корпоративные" в
данной классификации приобретает узкое значение — сеть
большого предприятия). Прежде чем обсуждать характерные
особенности каждого из перечисленных типов сетей,
остановимся на тех факторах, которые заставляют предприятия
обзаводиться собственной компьютерной сетью.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 81

34. Что дает предприятию использование сетей?Что дает предприятию использование сетей?
Конечной целью использования компьютерных сетей на предприятии
является повышение эффективности его работы, которое может
выражаться, например, в увеличении прибыли. Благодаря
компьютеризации снизились затраты на производство продукта,
сократились сроки разработки новой модели или ускорилось
обслуживание заказов потребителей.
Концептуальным преимуществом распределенных сетей, перед
автономно работающими компьютерами является их способность
выполнять параллельные вычисления. За счет этого в системе с
несколькими обрабатывающими узлами можно достичь
производительности, превышающей максимально возможную на
данный момент производительность любого отдельного, процессора.
Распределенные системы потенциально имеют лучшее соотношение
производительность/стоимость, чем централизованные системы.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 82

35. Корпоративные сетиКорпоративные сети
Преимущества, которые дает использование сетей
 Интегральное преимущество — повышение эффективности работы
предприятия.
 Способность выполнять параллельные вычисления, за счет чего может быть
повышена производительность и отказоустойчивость.
 Большее соответствие распределенному характеру некоторых прикладных
задач.
 Возможность совместного использования данных и устройств.
 Возможность гибкого распределения работ по всей системе.
 Оперативный доступ к обширной корпоративной информации.
 Совершенствование коммуникаций.
Проблемы
 Сложность разработки системного и прикладного программного обеспечения
для распределенных систем.
 Проблемы с производительностью и надежностью передачи данных
 Проблема обеспечения безопасности.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 83

36. Сети отделовСети отделов
Сети отделов — это сети, которые используются сравнительно
небольшой группой сотрудников, работающих в одном отделе
предприятия. Эти сотрудники решают некоторые общие задачи,
например ведут бухгалтерский учет или занимаются маркетингом.
Считается, что отдел может насчитывать до 100–150 сотрудников.
Главной целью сети отдела является разделение локальных ресурсов,
таких как приложения, данные, лазерные принтеры и модемы. Обычно
сети отделов имеют один или два файловых сервера, не более тридцати
пользователей и не разделяются на подсети.
В этих сетях локализуется большая часть трафика предприятия. Сети
отделов обычно создаются на основе какой-либо одной сетевой
технологии — Ethernet, Token Ring. В такой сети чаще всего используется
один или, максимум, два типа операционных систем. Небольшое
количество пользователей позволяет применять в сетях отделов
одноранговые сетевые ОС.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 84

37. Пример сети масштаба отделаПример сети масштаба отдела
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 85

38. Сети кампусовСети кампусов
Сети кампусов получили свое название от английского слова campus —
студенческий городок. Именно на территории университетских городков
часто возникала необходимость в объединении нескольких мелких сетей
в одну большую. Сейчас это название используют для обозначения сетей
любых предприятий и организаций.
Сети кампусов объединяют множество сетей различных отделов одного
предприятия в пределах отдельного здания или одной территории,
покрывающей площадь в несколько квадратных километров. При этом
глобальные соединения в сетях кампусов не используются. Службы такой
сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к общим
базам данных предприятия, доступ к общим факс-серверам,
высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам.
Сотрудники каждого отдела предприятия получают доступ к некоторым
файлам и ресурсам сетей других отделов.
Сети кампусов обеспечивают доступ к корпоративным базам данных
независимо от того, на каких типах компьютеров они располагаются.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 86

39. Пример сети кампусаПример сети кампуса
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 87

40. Типовой проект сети предприятияТиповой проект сети предприятия
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 88

41. Сетевые решенияСетевые решения
 Этап 1 – начальный
Этап 2 - базовый
Этап 3 – продвинутый
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 89
Пример 1: сеть начального уровня (одноранговая сеть).

42. Сетевые решенияСетевые решения
Пример 2: Сеть с выделенным сервером.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 90
Этап 2 - базовый

43. Сетевые решенияСетевые решения
Пример 3: Сеть с несколькими выделенными серверами.
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 91
Этап 3 - продвинутый

44. Сетевые решенияСетевые решения
Беспроводной сегмент
04/01/16 ©Ломакин С.В. доц. каф.ИОМАС, ВГАУ 92
Стандарты беспроводных сетей
IEEE 802.11b IEEE 802.11a IEEE 802.11g
Стандарт
принят
Сентябрь 1999 Сентябрь 1999 Июль 2003
Полоса
пропускания
83.5 МГц 300 МГц 83.5 МГц
Полоса частот
(ГГц)
2.40 - 2.4835 5.15 - 5.35, 5.725
- 5.825
2.40 - 2.4835
Кол-во
непересекающ
ихся каналов
3 12 3
Скорость
передачи
(Мбит/с)
1, 2, 5.5, 11, 22 6,9,12,18,24,36,4
8,54
1, 2, 5.5, 11, 22, 6,
9, 12, 18, 24, 36,
48, 54
Тип
модуляции
DSSS OFDM DSSS, OFDM