Передача данных. Устройства, системы, программы. Информационные технологии

Передача данных между компьютерами и прочими устройствами происходит параллельно или последовательно.

Так большинство ПК пользуется параллельным портом для работы с принтером. Термин «параллельно» означает, что данные передаются одновременно по нескольким проводам.

Чтобы послать байт данных по параллельному соединению, ПК одновременно устанавливает весь бит на восьми проводах. Схему параллельного соединения можно иллюстрировать рис. 1.7:

Рис. 1.7. Параллельное соединение

Как видно из рисунка, параллельное соединение по восьми проводам позволяет передать байт данных одновременно.

Напротив, последовательное соединение подразумевает передачи данных по очереди, бит за битом. В сетях чаще всего используется именно такой способ работы, когда биты выстраиваются друг за другом и последовательно передаются (и принимаются тоже), что иллюстрирует рис. 1.8.

Рис. 1.8. Последовательное соединение

При соединении по сетевым каналам используют три различных метода. Соединение бывает: симплексное, полудуплексное и дуплексное.

О симплексном соединении говорят, когда данные перемещаются только в одном направлении (рис. 1.9).Полудуплексное соединение позволяет данным перемещаться в обоих направлениях, но в разное время.



рис. 1

Полудуплексное соединение



Дуплексное соединение

Рис. 1.9. Типы соединений

И, наконец, дуплексное соединение позволяет данным перемещаться в обоих направлениях одновременно.

1. Основные характеристики вс.

Основными характеристиками ВС являются:

операционные возможности сети;

временные характеристики;

надежность;

производительность;

стоимость.

Операционные возможности сети характеризуются такими условиями, как:

предоставление доступа к прикладным программным средствам, БД, БЗ, и т. д.;

удаленный ввод заданий;

передача файлов между узлами сети;

доступы к удаленным файлам;

выдача справок об информационных и программных ресурсах;

распределенная обработка данных на нескольких ЭВМ и т. д.

Временные характеристики сети определяют продолжительность обслуживания запросов пользователей:

среднее время доступа, которое зависит от размеров сети, удаленности пользователей, загрузки и пропускной способности каналов связи и т. д.;

среднее время обслуживания.

Надежностные характеризуют надежность как отдельных элементов сети, так и сеть в целом.

Есть три основных способа организации межкомпьютерной связи :

• объединение двух рядом расположенных компьютеров через их коммуникационные порты посредством специального кабеля ;
• передача данных от одного компьютера к другому посредством модема с помощью проводных, безпроводных или спутниковых линий связи;
• объединение компьютеров в компьютерную сеть

Часто при организации связи между двумя компьютерами за одним компьютером закрепляется роль поставщика ресурсов (программ, данных и т.д.), а за другим - роль пользователя этих ресурсов . В этом случае первый компьютер называется сервером , а второй -клиентом или рабочей станцией. Работать можно только на компьютере-клиенте под управлением специального программного обеспечения.

Сервер (англ. serve - обслуживать) - это высокопроизводительный компьютер с большим объёмом внешней памяти, который обеспечиваетобслуживание других компьютеров путем управления распределением дорогостоящих ресурсов совместного пользования (программ, данных и периферийного оборудования).

Для преодоления несовместимости интерфейсов отдельных компьютеров вырабатывают специальные стандарты, называемые протоколами коммуникации.

Протоколы коммуникации предписывают разбить весь объём передаваемых данных на пакеты - отдельные блоки фиксированного размера.Пакеты нумеруются , чтобы их затем можно было собрать в правильной последовательности. К данным, содержащимся в пакете, добавляется дополнительная информация примерно такого формата:

Контрольная сумма данных пакета содержит информацию, необходимую для контроля ошибок. Первый раз она вычисляется передающим компьютером. После того, как пакет будет передан, контрольная сумма повторно вычисляется принимающим компьютером. Если значения не совпадают, это означает, что данные пакета были повреждены при передаче . Такой пакет отбрасывается, и автоматически направляется запрос повторно передать пакет.

Компьютерная сеть представляет собой совокупность узлов (компьютеров, рабочих станций и др.) и соединяющих их ветвей .

Ветвь сети - это путь, соединяющий два смежных узла.

Узлы сети бывают трёх типов:

• оконечный узел - расположен в конце только одной ветви;
• промежуточный узел - расположен на концах более чем одной ветви;
• смежный узел - такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не содержащим никаких других узлов.

Компьютеры могут объединяться в сеть разными способами.

Наиболее распространенные виды топологий сетей:

Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами.

Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви.

Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь.

Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.

Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними.

Полносвязанная сеть. Сеть, в которой имеется ветвь между любыми двумя узлами. Важнейшая характеристика компьютерной сети - её архитектура.

Наиболее распространённые архитектуры:

• Ethernet (англ. ether - эфир) - широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Топология - линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/сек.
• Arcnet (Attached Resource Computer Network - компьютерная сеть соединённых ресурсов) - широковещательная сеть. Физическая топология - дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/сек.
• Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) - кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов -маркера - из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/сек.
• FDDI (Fiber Distributed Data Interface ) - сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи - 100 Мбит/сек. Топология - двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети - 1000. Очень высокая стоимость оборудования.
• АТМ (Asynchronous Transfer Mode ) - перспективная, пока ещё очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.

Какие существуют способы передачи данных и как выбрать именно тот, который идеально подойдет для Ваших нужд.

В жизни каждого пользователя компьютера рано или поздно наступает момент, когда... нужно передать какие-нибудь файлы другому пользователю. Если это Ваш коллега или сосед по лестничной клетке, то проще всего записать данные на диск или флешку, и вручить их с рук в руки. Однако, потребоваться передать данные может и в другой город или даже в другую страну...

Способы прямой передачи файлов

Начнем с того, что файлы можно передавать как напрямую, так и посредством сторонних сервисов. Способов прямой передачи файлов не так много, поэтому, думаю, что логичнее всего разобраться сразу с ними.

Основным преимуществом прямой передачи данных между компьютерами является быстрота и практически полная независимость от работы сторонних сервисов. Если Вам нужно, например, передать текстовый файл, скриншот или просто смешную картинку, то прямая передача будет самым быстрым способом. Также, если Вы уверены в стабильности своего Интернет-соединения, таким образом можно передавать и большие файлы на максимальной скорости.

По принципу использования (или неиспользования) сторонних программ и сервисов можно выделить несколько подтипов прямой передачи данных:

1. Передача по локальным сетям. Данный способ является единственным реально автономным. То есть, при его выборе Вам не нужно задействовать какие-либо сторонние программы или сервисы. Однако, для своей реализации он требует наличия этих самых локальных сетей.

   Локальные сети бывают как корпоративными (объединяют компьютеры одной организации), так и публичными (например, городская локальная сеть). Собственно, дальность передачи файлов как раз и ограничивается сферой охвата сети и это является единственным недостатком данного способа.

   О том, как настраивать и работать с локальной сетью Вы можете прочесть .

2. Передача через клиенты для общения. Данный способ является вторым по популярности и простоте реализации. Если Вы используете для общения в Интернете не только социальные сети, но и специальные программы обмена мгновенными сообщениями или видеосвязи , то у Вас есть возможность использовать их для организации шлюза прямой передачи файлов.

   Практически в любом подобном приложении имеются дополнительные кнопки, которые предоставляют нужный нам функционал. В , например, прямая передача данных вызывается нажатием на кнопку с иконкой скрепки (слева от поля ввода сообщений) и активацией пункта "Отправить файл". А в QIP для этого имеется кнопка с иконкой дискеты и опцией "Отправлять файлы напрямую" (единственное ограничение - у Вашего адресата тоже должен быть Квип):

1. Передача через онлайн-шлюзы. Этот способ заключается в том, чтобы использовать возможности прямого HTTP-туннелирования через промежуточные серверы различных сервисов. Проиллюстрируем как все работает на примере сервиса FilesOverMiles.com .

   Суть его работы очень проста: Вы выбираете у себя на компьютере файл не менее 1 мегабайта, который нужно передать и получаете уникальную ссылку, перейдя по которой, получатель сможет присоединиться к Вашей раздаче. Вкладку с созданной ссылкой нельзя закрывать, пока Ваш файл не скачают полностью иначе передача прервется:

1. Передача при помощи специальных программ. Для организации прямых шлюзов передачи файлов с компьютера на компьютер существуют и специальные программы. Одна из самых простых и небольших - DirecTransFile .

   По принципу своей работы она напоминает описанные выше сервисы онлайн-шлюзов, только, в отличие от них, не требует от нас посещения каких-либо сайтов, а также поддерживает докачку файлов и сохранение раздач.

   Программа имеет англоязычный интерфейс, но обладает довольно простым мастером, который содержит всего три кнопки: "Скачать", "Создать передачу" и "Свернуть в трей". Чтобы передать файл нам нужно нажать вторую кнопку "Create new upload session", после чего указать файл или папку, которую нужно отправить и нажать кнопку "Register", чтобы получить уникальную ссылку на свою раздачу.

1. Передача при помощи торрентов. Этот способ по сути комбинированный и не является полностью самостоятельным. Однако, его часто используют для передачи больших файлов через пиринговую сеть Bit-Torrent .

   Его принцип сводится к созданию маленького торрент-файла, передаче данного файла получателю и последующей загрузки им нужного большого файла. В популярном клиенте uTorrent процесс создания раздачи выглядит примерно так: в меню "Файл" жмем "Создать новый торрент" и в открывшемся окошке указываем путь к файлу или папке, которые мы хотим раздавать. Проверяем, чтобы список трекеров был пустым и нажимаем кнопку "Создать". На вопрос, желаем ли мы создать файл без привязки к трекеру, отвечаем "Да" и все - можем отправлять наш торрент получателю.

Непрямая передача файлов

Прямая передача данных - это хорошо: и скорость высокая, и уровень безопасности, и лимитов никаких нет. Однако, есть в прямой передаче файлов и один минус: на время скачивания файла Ваш компьютер должен быть включен. Если у Вашего получателя или у Вас слишком маленькая скорость подключения к Интернету, то такая раздача может растянуться на сутки и более (в зависимости от размера файла)!

Поэтому, в ряде случаев бывает удобнее воспользоваться услугами сторонних сервисов для размещения Ваших данных и открытия доступа к ним. В отличие от прямой передачи, здесь Вы сначала полностью загружаете свой файл на выбранное файлохранилище, а затем активируете для него публичную ссылку, по которой его сможет скачать получатель.

Преимущество такого способа файлообмена в том, что Вам не нужно постоянно держать свой компьютер включенным - все выгруженные данные доступны онлайн. Однако, и здесь бывают нюансы. Например, у сервиса может быть ограничение на максимальный размер файла (обычно от 1 гигабайта до 10) или ограниченный срок хранения данных. Предлагаю рассмотреть все современные варианты непрямого обмена файлами:

1. Использование . Это, пожалуй, один из самых современных и удобных вариантов файлообмена, который позволяет довольно гибко управлять своим онлайн файлохранилищем и уровнями доступа к нему.

   Онлайн-дисков сегодня существует довольно много, однако, на мой взгляд, удобнее всего все реализовано на сервисе . Здесь нет ограничений на размеры загружаемых файлов, дается 10 гигабайт места (с возможностью бесплатно увеличить до 20, приглашая друзей), а также имеется очень удобная система управления доступом к отдельным папкам и файлам.

1. Передача данных через социальные сети. Если у Вас имеется аккаунт ВКонтакте, Facebook или Mail.Ru, то Вы можете передавать небольшие файлы, вложенные прямо в сообщения.

   В этом плане лучше всего обстоят дела у Контакта. Он позволяет прикреплять файлы размером до 200 мегабайт, тогда как для Фейсбука и Моего Мира от Mail.Ru верхняя планка составляет всего 25 мегабайт. Однако, в случае с Мэйлом все не так однозначно... Дело в том, что файлы, превышающие положенный объем автоматически предлагается загрузить на "Облако Mail.Ru", которое не так удобно, как тот же Яндекс.Диск, но позволяет получить бесплатно до 100 гигабайт свободного места!

   Залитый таким способом на "Облако" файл будет прикреплен к сообщению в виде ссылки. Однако, его размер не должен превышать 2 ГБ. В противном случае его придется "разбивать" при помощи файлового менеджера, а затем с его же помощью собирать у получателя на ПК после загрузки им всех частей.

1. Передача данных через сервисы временной загрузки. Еще одним способом, который существует примерно лет 5 - 6 является передача данных через специальные сервисы для одноразовой загрузки. Суть их сводится к тому, что загруженный Вами файл автоматически стирается либо сразу после того, как получатель его скачал, либо спустя пару дней.

   На мой взгляд, одним из лучших русскоязычных сервисов подобного плана является DropMeFiles.com . Загрузить сюда свои данные объемом до 50 гигабайт можно без регистрации, и Ваши файлы будут храниться здесь до 14 дней!

   По завершении выгрузки файла на сервер Вам будет выдана ссылка на него, которую сразу же можно отправить по электронной почте или СМС-сообщением. Также обратите внимание на параметры хранения и обработки Вашего файла. По умолчанию он хранится 7 дней, однако, можно сделать ссылку одноразовой, либо продлить до 2 недель. Опционально есть возможность защиты файла паролем и трансформации ссылки в набор цифр для упрощения скачивания файла при помощи SmartTV.

Существует также еще один способ - передача данных через так называемые файлообменники. Это сервисы, которые предлагают скачать файл либо за деньги без ограничений, либо бесплатно но довольно медленно (примерно на скорости 20 - 128 кбит/сек). Думаю, он (как и некоторые другие) не достоин нашего внимания в виду неудобности для получателя, но не упомянуть о нем я просто не мог:).

Создание собственного сервера

Практически все варианты бесплатного файлообмена мы рассмотрели, однако имеется и еще один, о котором мы еще не упоминали. Для передачи файлов можно использовать не только "чужие" сервисы, но и свой собственный полноценный сервер!

Самый простой способ получить в свое распоряжение сервер - купить в Интернете домен и привязать к нему хостинг . На своем хостинге Вы можете организовать хоть собственный сайт, хоть файлохранилище, однако, такой вариант для некоторых может оказаться весьма дорогостоящим...

Если платить за полноценный хостинг Вы не хотите, но желание заиметь собственный сервер есть, можно пойти другим путем - превратить в сервер Ваш собственный ПК!

Для того, чтобы превратить компьютер в сервер потребуется не так уж и много чего: безлимитный доступ к Интернету (и так имеется у многих) да статический IP-адрес (мой провайдер предоставляет данную услугу всего за дополнительные 10 гривен в месяц, что примерно составляет около 24 рублей по нынешнему курсу).

Если безлимит и адрес у Вас уже есть, осталось определиться с программным обеспечением, которое Вы будете использовать для реализации своих идей. Поскольку в контексте данной статьи мы хотим создать просто файловый сервер (с небольшой нагрузкой и без сайта на нем), то нам вполне хватит конфигурации обычного офисного ПК и даже не придется устанавливать специальную серверную операционную систему!

Остается только определиться с протоколом передачи наших файлов. Для обычного файлового сервера рекомендую использовать протокол . А реализовать его можно при помощи программы FileZilla Server .

При установке сервера можно ничего не менять в его настройках. По завершении инсталляции перед Вами появится диалог входа в панель управления:

При первом запуске нужно указать локальный адрес сервера (по умолчанию 127.0.0.1), порт (тоже можно не трогать) и пароль администратора, после чего нажать "Ok" и мы попадем в панель управления сервером. Первым делом его следует настроить. В моем случае подключение компьютера идет на напрямую, а через маршрутизатор, поэтому активный режим работы сервера мне недоступен. Рассмотрим настройки пассивного. Для этого зайдем в меню "Edit", вызовем пункт "Settings" и в открывшемся окне перейдем в раздел "Passive mode settings":

Здесь нам нужно указать диапазон рабочих портов для доступа к серверу и свой внешний IP-адрес, по которому мы будем обращаться к нашему серверу с удаленных компьютеров.

Закрываем настройки и снова заходим в меню "Edit", но на этот раз входим в раздел "Users":

На первой вкладке ("General") нам нужно нажать кнопку "Add", после чего задать новому пользователю имя и пароль. Когда созданный юзер появится в списке, переходим на следующую вкладку ("Shared folders") и добавляем в список папки, которые будут доступны нам по FTP, а справа от списка папок настраиваем им разрешения (по умолчанию они недоступны для записи, поскольку снят флажок "Write"):

Если Вы все сделали верно, то можно протестировать работоспособность своего сервера. Для этого, если Вы хотите посмотреть файлы с локального ПК, вводим в адресную строку браузера адрес ftp://127.0.0.1 (или Ваш внешний IP, если нужен доступ со стороннего компьютера) и жмем Enter. Должен появится запрос имени и пароля, после чего отобразится список файлов в открытых Вами для доступа папках:

Выше были описаны только общие принципы настройки сервера, однако, у Вас некоторые моменты могут отличаться. Чтобы все правильно сконфигурировать, советую Вам изучить .

Как вариант, можно создать не FTP, а HTTP-сервер. Проще всего это сделать при помощи портативной программы HFS . Если Вы имеете доступ к Интернету через роутер, то Вам для использования данной программы нужно будет открыть в нем определенный порт (как это сделать для Вашей модели маршрутизатора, Вы можете найти в Гугле) и прописать его в специальном поле программы.

Вторым шагом на пути к настройке сервера будет указание внешнего IP-адреса. HFS позволяет получить его автоматически. Для этого зайдите в меню "Menu" выделить раздел "IP address" и кликнуть по нижнему пункту - "Find external address". Если все нормально, то внешний адрес должен определиться и появиться в верхней адресной строке вместо текущего локального.

Теперь нам осталось только указать файлы и папки, которые будут доступны через наш сервер. Для этого снова зайдем в "Menu" и выберем пункт "Add files" или "Add folder from disk", в зависимости от того, что мы хотим отправить в общий доступ.

Теперь чтобы подключиться к созданному серверу нам нужно указать его адрес в браузере только без указания протокола, как мы делали это для FTP-подключения. Для большего удобства HFS автоматически генерирует ссылку на себя и ее можно скопировать в буфер обмена, кликнув соответствующую кнопку "Copy to clipboard":

Выводы

Резюмируя все вышеописанное можно сказать, что сегодня существует масса способов передать файлы с компьютера на компьютер. Выбор конкретного варианта передачи зависит только от предпочтений пользователя и объема передаваемых данных.

Если Вы планируете часто напрямую обмениваться файлами с другим человеком, Вам можно рекомендовать пользоваться специальными программами, типа рассмотренного DirecTransFile. Если нужно единоразово передать большой объем информации, рекомендую прибегнуть к услугам онлайн-сервисов мгновенной передачи данных. А, если Вам приходится часто передавать одни и те же файлы, возможно, имеет смысл задуматься над тем, чтобы создать собственный файловый сервер.

Успешного Вам файлообмена и высоких скоростей передачи данных!

P.S. Разрешается свободно копировать и цитировать данную статью при условии указания открытой активной ссылки на источник и сохранения авторства Руслана Тертышного.

Введение

Сложный характер и динамизм современных мирохозяйственных связей привел к необходимости создания новых телекоммуникационных технологий, порождающих новые услуги и соответственно увеличивающуюся потребность в них.

Объем и способы информирования специалистов с помощью средств компьютерных коммуникаций коренным образом изменились за последние годы. И если ранее подобные средства предназначались лишь для узкого круга специалистов и опытных пользователей, то теперь они рассчитаны на самую широкую аудиторию.

В настоящее время передача данных с помощью компьютеров, использование локальных и глобальных компьютерных сетей становится столь же распространенным, как и сами компьютеры.

Целью данного пособия является подготовка студентов к умелому использованию локальных и глобальных компьютерных сетей, коммуникационного оборудования и программных средств.

После окончания изучения представленного раздела студенты должны уметь ориентироваться среди богатого разнообразия предлагаемой аппаратуры и программ, в принципах функционирования локальных вычислительных сетей, в сетевых протоколах и основах Internet-технологий.

Изложение материала во всех главах опирается на множество примеров. После каждой главы представлены контрольные вопросы для закрепления изученного теоретического материала, тесты для самоконтроля, а также список рекомендуемой литературы для изучения курса.

1 Общие сведения о вычислительных сетях 1.1 Назначение вычислительных сетей

Вычислительные сети (ВС) появились давно. Еще на заре появления компьютеров существовали огромные системы, известные как системы разделения времени. Они позволяли использовать центральную ЭВМ с помощью удаленных терминалов. Такой терминал состоял из дисплея и клавиатуры. Внешне выглядел как обычный персональный компьютер, но не имел собственного процессорного блока. Пользуясь такими терминалами, сотни, а иногда тысячи сотрудников имели доступ к центральной ЭВМ.

Такой режим обеспечивался благодаря тому, что система разделения времени разбивала время работы центральной ЭВМ на короткие интервалы времени, распределяя их между пользователями. При этом создавалась иллюзия одновременного использования центральной ЭВМ многими сотрудниками.

В 70-х годах большие ЭВМ уступили место миникомпьютерным системам, использующим тот же режим разделения времени. Но технология развивалась, и с конца 70-х годов на рабочих местах появились персональные компьютеры. Однако, автономно работающие персональные компьютеры не дают непосредственного доступа к данным всей организации и не позволяют совместно использовать программы и оборудование.

С этого момента начинается современное развитие компьютерных сетей.

Вычислительной сетью называется система, состоящая из двух или более удаленных ЭВМ, соединенных с помощью специальной аппаратуры и взаимодействующих между собой по каналам передачи данных.

Самая простая сеть (network) состоит из нескольких персональных компьютеров, соединенных между собой сетевым кабелем (рисунок 1). При этом в каждом компьютере устанавливается специальная плата сетевого адаптера (NIC), осуществляющая связь между системной шиной компьютера и сетевым кабелем /1/.

Кроме этого, все компьютерные сети работают под управлением специальной сетевой операционной системы (NOS – Network Operation Sistem). Основное назначение компьютерных сетей – совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи как внутри одной фирмы, так и

за ее пределами (рисунок 2).

Рисунок 2 - Назначение вычислительной сети

Ресурсы - представляют собой данные (в том числе корпоративные базы данных и знаний), приложения (в том числе различные сетевые программы), а также периферийные устройства, такие как принтер, сканер, модем и т. д.

До объединения персонального компьютера в сеть каждый пользователь должен был иметь свой принтер, плоттер и другие периферийные устройства, а также на каждом из компьютеров должны были быть установлены одни и те же программные средства, используемые группой пользователей.

Другой привлекательной стороной сети является наличие программ электронной почты и планирования рабочего дня. Благодаря им, сотрудники эффективно взаимодействуют между собой и партнерами по бизнесу, а планирование и корректировка деятельности всей компании осуществляется значительно проще. Использование компьютерных сетей позволяет: а) повысить эффективность работы персонала фирмы; б) снизить затраты за счет совместного использования данных, дорогостоящих периферийных устройтв и программных средств (приложений).

Основными характеристиками вычислительной сети являются:

операционные возможности сети;

временные характеристики;

надежность;

производительность;

Операционные возможности сети характеризуются такими условиями,

Предоставление доступа к прикладным программным средствам, БД,

БЗ, и т. д.;

удаленный ввод заданий;

передача файлов между узлами сети;

доступы к удаленным файлам;

выдача справок об информационных и программных ресурсах;

распределенная обработка данных на нескольких ЭВМ и т. д. Временные характеристики сети определяют продолжительность обслуживания запросов пользователей:

среднее время доступа, которое зависит от размеров сети, удаленности пользователей, загрузки и пропускной способности каналов связи и т. д.;

среднее время обслуживания.

Надежностные характеризуют надежность, как отдельных элементов сети, так и сеть в целом.

Пакет как основная единица информации в вычислительных сетях. При обмене данными между персональными компьютерами любое информационное сообщение разбивается программами передачи данных на небольшие блоки данных, которые называются пакетами (рисунок 3).

Рисунок 3 - Информационное сообщение

Связано это с тем, что данные обычно содержатся в больших по размерам файлах, и если передающий компьютер пошлет его целиком, то он надолго заполнит канал связи и «свяжет» работу всей сети, то есть будет препятствовать взаимодействию других участников сети. Кроме этого, возникновение ошибок при передаче крупных блоков вызовет большие затраты времени, чем на его повторную передачу.

Пакет – основная единица информации в компьютерных сетях. При разбиении данных на пакеты скорость их передачи возрастает на столько, что каждый компьютер сети получает возможность принимать и передавать данные практически одновременно с остальными ПК /2/.

При разбиении данных на пакеты сетевая операционная система к собственно передаваемым данным добавляет специальную добавляющую информацию:

заголовок, в котором указывается адрес отправителя, а также информация по сбору блоков данных в исходное информационное сообщение при их приеме получателем;

трейлер, в котором содержится информация для проверки безошибочности в передаче пакета. При обнаружении ошибки передача пакета

должна повториться.

Способы организации передачи данных между персональными компьютерами. Передача данных между компьютерами и прочими устройствами происходит параллельно или последовательно.

Так большинство персональных компьютеров пользуется параллельным портом для работы с принтером. Термин «параллельно» означает, что данные передаются одновременно по нескольким проводам.

Чтобы послать байт данных по параллельному соединению, компьютер одновременно устанавливает весь байт на восьми проводах. Схему параллельного соединения можно иллюстрировать на рисунке 4.

Рисунок 4 – Параллельное соединение

Как видно из рисунка, параллельное соединение по восьми проводам позволяет передать байт данных одновременно.

Напротив, последовательное соединение подразумевает передачу данных по очереди, бит за битом. В сетях чаще всего используется именно такой способ работы, когда биты выстраиваются друг за другом и последовательно передаются (и принимаются тоже), что иллюстрирует рисунок 5.

Рисунок 5 – Последовательное соединение

При соединении по сетевым каналам используют три различных метода. Соединение бывает: симплексное, полудуплексное и дуплексное.

О симплексном соединении говорят, когда данные перемещаются только в одном направлении (рисунок 6). Полудуплексное соединение позволяет данным перемещаться в обоих направлениях, но в разное время.

И, наконец, дуплексное соединение позволяет данным перемещаться в обоих направлениях одновременно.

Рисунок 6 - Типы соединений

Архитектура "клиент-сервер"

Сеть ЭВМ (компьютерная сеть, или вычислительная сеть - ВС) - это совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обра-ботки данных, совместного использования общих информационных и вычисли-тельных ресурсов.

Часто возникает путаница между распределенными системами и сетями ЭВМ. Работая с распределенной системой, пользователь может не иметь ни малейшего представления на каких процессорах, где, с использованием конкретно каких физических ресурсов будет исполняться его программа. В сети, поскольку все машины там автономны, пользователь должен делать все явно. Основное различие между этими системами лежит в организации их программного обеспечения. И там и там происходит передача информации. В сети - пользователь, в распределенной системе - система.

Распределенные вычисления в компьютерных сетях основаны на архи-тектуре "клиент-сервер", ставшей доминирующим способом обработки данных. Термины "клиент" и "сервер" обозначают роли, которые играют различные компоненты в распределенной среде вычислений. Компоненты "клиент" и "сервер" не обязательно должны работать на разных машинах, хотя обычно это так и есть - клиент-приложение находится на рабочей станции пользователя, а сервер - на специальной выделенной машине. Наиболее распространены слеующие виды серверов: файл-серверы, серверы баз данных, серверы печати, серверы электронной почты, Web-сервер и другие. В последнее время интенсивно внедряются многофункциональные серверы приложений.

Клиент формирует запрос на сервер для выполнения соответствующих функций. Например, файл-сервер обеспечивает хранение данных общего поль-зования, организует доступ к ним и передает данные клиенту. Обработка данных распределяется в том или ином соотношении между сервером и клиентом. В последнее время долю обработки, приходящуюся на клиента, стали называть "толщиной" клиента.

Развитие архитектуры "клиент-сервер" происходит по спирали и в

настоящее время намечается тенденция централизации вычислений, то есть замены "толстых" клиентов - рабочих станций на основе высокопроизводительных ПЭВМ, оснащенных мощным программным обеспечением для поддержки прикладных программ, мультимедийных средств, навигационного и графического интерфейса - "тонкими" клиентами. Историческими предшественниками "тонких" клиентов были алфавитно-цифровые терминалы, подключавшиеся к главным ЭВМ, или мэйнфреймам (mainframe) через специализированные интерфейсы или универсальные последовательные порты.

Мэйнфреймы - классический пример централизации вычислений, поскольку в едином комплексе были сконцентрированы все вычислительные ресурсы, хранение и обработка огромных массивов данных. Основные достоинства централизованной архитектуры - простота администрирования и защиты информации. Все терминалы были однотипными - следовательно, устройства на рабочих местах пользователей вели себя предсказуемо и в любой момент могли бы быть заменены, затраты на обслуживание терминалов и линий связи также легко прогнозировались /3/.

С появлением персональных компьютеров, стало возможным иметь вычислительные и информационные ресурсы на рабочем столе пользователя и управлять ими по собственному разумению с помощью цветного оконного графического интерфейса. Увеличение производительности ПК позволило перенести части системы (интерфейс с пользователем, прикладную логику) для выполнения на персональном компьютере, непосредственно на рабочем месте, а функции обработки данных оставить на центральном компьютере. Система стала распределенной - одна часть функций выполняется на центральном компьютере, другая - на персональном, который связан с центральным посредством коммуникационной сети. Таким образом, появилась клиент-серверная модель взаимодействия компьютеров и программ в сети и на этой основе стали развиваться средства разработки приложений для реализации ин-формационных систем.

Однако двухуровневая архитектура "клиент-сервер" имеет такие существенные недостатки, как сложность администрирования и низкая ин-формационная безопасность, особенно заметные при сравнении ее с централи-зованной архитектурой мэйнфреймов (таблица 1).

Таблица 1 - Сравнение централизованной архитектуры мэйнфреймов и двухуровневой архитектуры "клиент-сервер"

Классификация вычислительных сетей

На сегодня нет общепризнанной классификации сетей. Есть два общепризнанных фактора для их различения: технология передачи и масштаб .

Есть два основных типа технологий передачи, используемые в сетях:

вещание (от одного ко многим);

точка-точка.

Сети типа вещание имеют единый канал передачи данных, который используют все машины сети. Пакет, отправленный какой-то машиной, получают все другие машины сети. В определенном поле пакета указан адрес получателя. Каждая машина проверяет это поле и если она обнаруживает в этом поле свой адрес, она приступает к обработке этого пакета; если в этом поле не ее адрес, то она просто игнорирует этот пакет.

Сети типа вещание, как правило, имеют режим, когда один пакет адресуется всем машинам в сети. Это, так называемый, режим широкого вещания. Есть в таких сетях режим группового вещания - один и тот же пакет получают машины принадлежащие к определенной группе в сети.

Сети точка-точка соединяют каждую пару машин индивидуальным каналом. Поэтому, прежде чем пакет достигнет адресата, он проходит через несколько промежуточных машин. В этих сетях возникает потребность в маршрутизации. От ее эффективности зависит скорость доставки сообщений, распределение нагрузки в сети.

Сети типа вещание, как правило, используются на географически небольших территориях. Сети точка-точка - для построения крупных сетей, охватывающих большие регионы /4/.

Масштаб сети - другой критерий для классификации сетей. Протяженность связи, которую обеспечивает вычислительная сеть, может быть различной: в пределах одного помещения, здания, предприятия, региона, континента или всего мира.

К локальным сетям - Local Area Networks (LAN ) - относят сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе не более 1-2 км). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Из-за коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования относительно дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. В связи с этим услуги, предоставляемые локальными сетями, отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.

Глобальные сети - Wide Area Networks (WAN ) - объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения. Из-за низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях (десятки килобит в секунду) набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются методы и оборудование, существенно отличающиеся от методов и оборудования, характерных для

локальных сетей. Как правило, здесь применяются сложные процедуры контроля и восстановления данных, так как наиболее типичный режим передачи данных по территориальному каналу связи связан со значительными искажениями сигналов.

Городские сети (или сети мегаполисов) - Metropolitan Area Networks (MAN ) - являются менее распространенным типом сетей. Эти сети появились сравнительно недавно. Они предназначены для обслуживания территории крупного города - мегаполиса. В то время как локальные сети наилучшим образом подходят для разделения ресурсов на коротких расстояниях и широковещательных передач, а глобальные сети обеспечивают работу на больших расстояниях, но с ограниченной скоростью и небогатым набором услуг, сети мегаполисов занимают некоторое промежуточное положение. Они используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, со скоростями от 45 Мбит/с, и предназначены для связи локальных сетей в масштабах города и соединения локальных сетей с глобальными. Эти сети первоначально были разработаны для передачи данных, но также они поддерживают и такие услуги, как видеоконференции и интегральную передачу голоса и текста. Развитие технологии сетей мегаполисов осуществлялось местными телефонными компаниями.

Локальные вычислительные сети

Локальные вычислительные сети (ЛВС) получили в настоящее время широкое распространение из-за небольшой сложности и невысокой стоимости. Они используются при автоматизации коммерческой, банковской деятельности, а также для создания распределенных, управляющих и информационно-справочных систем. ЛВС имеют модульную организацию (рисунок 7):

Их основные компоненты - это

Серверы – это аппаратно-программные комплексы, которые исполняют функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа,

рабочие станции – это компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером,

физическая среда передачи данных (сетевой кабель)– это коаксиальные и оптоволоконные кабели, витые пары проводов, а также беспроводные каналы связи (инфракрасное излучение, лазеры, радиопередача).

Выделяется два основных типа локальных вычислительных сетей: одноранговые и на основе сервера. Различия между ними имеют принципиальное значение, так как определяют разные возможности этих сетей.

Одноранговые сети. В этих сетях все компьютеры равноправны: нет иерархии среди них; нет выделенного сервера. Как правило, каждый ПК функционирует и как рабочая станция (РС), и как сервер, то есть нет ПК ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи решают сами, какие данные и ресурсы на своем компьютере сделать общедоступными по сети.

Рабочая группа – это небольшой коллектив, объединенный общей целью и интересами. Поэтому в одноранговых сетях чаще всего не более 10 компьютеров. Эти сети относительно просты, так как каждый ПК является одновременно и РС, и сервером. Нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей.

В такие операционные системы, как MS Widows NT for Workstation, MS Widows 95/98, Widows 2000 встроена поддержка одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть, дополнительного программного обеспечения не требуется, а для объединения компьютеров применяется простая кабельная система.

Несмотря на то, что одноранговые сети вполне удовлетворяют потребностям небольших фирм, возникают ситуации, когда их использование является неуместным. В этих сетях защита предполагает установку пароля на разделяемый ресурс (например, каталог). Централизованно управлять защитой в одноранговой сети очень сложно, так как:

пользователь устанавливает ее самостоятельно;

«общие» ресурсы могут находиться на всех ПК, а не только на центральном сервере.

Такая ситуация – угроза для всей сети; кроме того, некоторые пользователи могут вообще не установить защиту. Если вопросы конфиденциальности являются для фирмы принципиальными, то такие сети применять не рекомендуется. Кроме того, так как в этих ЛВС каждый ПК работает и как РС, и как сервер, пользователи должны обладать достаточным уровнем знаний, чтобы работать и как пользователи, и как администраторы своего компьютера.

Сети на основе сервера. При подключении более 10 пользователей одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы. Выделенными называются такие серверы, которые функционируют только как сервер (исключая функции РС или клиента). Они специально оптимизированы для быстрой обработки

запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов.

Круг задач, которые выполняют серверы, многообразен и сложен. Чтобы приспособиться к возрастающим потребностям пользователей, серверы в ЛВС стали специализированными. Так, например, в операционной системе Windows NT Server существуют различные типы серверов:

Файл-серверы и принт-серверы. Они управляют доступом пользователей к файлам и принтерам.

Серверы приложений (в том числе сервер баз данных, Web–сервер). На них выполняются прикладные части клиент серверных приложений (программ).

Почтовые серверы – управляют передачей электронных сообщений между пользователями сети.

Факс-серверы – управляют потоком входящих и исходящих факсимильных сообщений через один или несколько факс-модемов.

Коммуникационные серверы – управляют потоком данных и почтовых сообщений между данной ЛВС и другими сетями или удаленными пользователями через модем и телефонную линию. Они же обеспечивают доступ к Интернет.

Сервер служб каталогов – предназначен для поиска, хранения и защиты информации в сети. Windows NT Server объединяет PC в логические группы-домены, система защиты которых наделяет пользователей различными правами доступа к любому сетевому ресурсу.

Сети отделов, кампусов, корпоративные сети

Еще одним популярным способом классификации сетей является их классификация по масштабу производственного подразделения, в пределах которого действует сеть. Различают сети отделов, сети кампусов и корпоративные сети.

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 и не более тридцати пользователей. Сети отделов обычно 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

Задачи управления сетью на уровне отдела относительно просты: добавление новых пользователей, устранение простых отказов, инсталляция новых узлов и установка новых версий программного обеспечения. Такой сетью может управлять сотрудник, посвящающий обязанностям

администратора только часть своего времени. Чаще всего администратор сети отдела не имеет специальной подготовки, но является тем человеком в отделе, который лучше всех разбирается в компьютерах, и само собой получается так, что он занимается администрированием сети.

Существует и другой тип сетей, близкий к сетям отделов, - сети рабочих групп . К таким сетям относят совсем небольшие сети, включающие до 10-20 компьютеров. Характеристики сетей рабочих групп практически не отличаются от описанных выше характеристик сетей отделов. Такие свойства, как простота сети и однородность, здесь проявляются в наибольшей степени, в то время как сети отделов могут приближаться в некоторых случаях к следующему по масштабу типу сетей - сетям кампусов.

Сети кампусов получили свое название от английского слова campus -студенческий городок. Именно на территории университетских городков часто возникала необходимость объединения нескольких мелких сетей в одну большую сеть. Сейчас это название не связывают со студенческими городками, а используют для обозначения сетей любых предприятий и организаций.

Главными особенностями сетей кампусов являются следующие. Сети этого типа объединяют множество сетей различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах 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. В результате сотрудники каждого отдела предприятия получают доступ к некоторьм файлам и ресурсам сетей других отделов. Важной службой, предоставляемой сетями кампусов, стал доступ к корпоративным базам данных независимо от того, на каких типах компьютеров они располагаются.

Именно на уровне сети кампуса возникают проблемы интеграции неоднородного аппаратного и программного обеспечения. Типы компьютеров, сетевых операционных систем, сетевого аппаратного обеспечения могут отличаться в каждом отделе. Отсюда вытекают сложности управления сетями

кампусов. Администраторы должны быть в этом случае более квалифицированными, а средства оперативного управления сетью - более совершенными.

Корпоративные сети называют также сетями масштаба предприятия. Сети масштаба предприятия (корпоративные сети) объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Они могут быть сложно связаны и покрывать город, регион или даже континент. Число пользователей и компьютеров может измеряться тысячами, а число серверов - сотнями, расстояния между сетями отдельных территорий могут оказаться такими, что становится необходимым использование глобальных связей. Для соединения удаленных локальных сетей и отдельных компьютеров в корпоративной сети применяются разнообразные телекоммуникационные средства, в том числе телефонные каналы, радиоканалы, спутниковую связь. Корпоративную сеть можно представить в виде «островков локальных сетей», плавающих в телекоммуникационной среде.

В корпоративной сети обязательно будут использоваться различные типы компьютеров - от мэйнфреймов до персоналок, несколько типов операционных

систем и множество различных приложений. Неоднородные части корпоративной сети должны работать как единое целое, предоставляя пользователям по возможности прозрачный доступ ко всем необходимым ресурсам.

При объединении отдельных сетей крупного предприятия, имеющего филиалы в разных городах и даже странах, в единую сеть многие количественные характеристики объединенной сети превосходят некоторый критический порог, за которым начинается новое качество.

Рисунок – Пример корпоративной сети

Наиболее простой способ ее решения - помещение учетных данных каждого пользователя в локальную базу учетных данных каждого компьютера, к ресурсам которого пользователь должен иметь доступ. При попытке доступа эти данные извлекаются из локальной учетной базы и на их основе доступ предоставляется или не предоставляется. Для небольшой сети, состоящей из 5-10 компьютеров и примерно такого же количества пользователей, такой способ работает очень хорошо. Но если в сети насчитывается несколько тысяч пользователей, каждому из которых нужен доступ к нескольким десяткам

серверов, то, очевидно, это решение становится крайне неэффективным. Администратор должен повторить несколько десятков раз операцию занесения учетных данных пользователя. Сам пользователь также вынужден повторять процедуру логического входа каждый раз, когда ему нужен доступ к ресурсам нового сервера. Хорошее решение этой проблемы для крупной сети -использование централизованной справочной службы, в базе данной которой хранятся учетные записи всех пользователей сети. Администратор один раз выполняет операцию занесения данных пользователя в эту базу, а пользователь один раз выполняет процедуру логического входа, причем не в отдельный сервер, а в сеть целиком.

При переходе от более простого типа сетей к более сложному - от сетей отдела к корпоративной сети - сеть должна быть все более надежной и отказоустойчивой, при этом требования к ее производительности также существенно возрастают. По мере увеличения масштабов сети увеличиваются и ее функциональные возможности. По сети циркулирует все возрастающее количество данных, и сеть должна обеспечивать их безопасность и защищенность наряду с доступностью. Соединения, обеспечивающие взаимодействие, должны быть более прозрачными. При каждом переходе на следующий уровень сложности компьютерное оборудование сети становится все более разнообразным, а географические расстояния увеличиваются, делая достижение целей более сложным; более проблемным и дорогостоящим становится управление такими соединениями.

Сетевые топологии и методы доступа к среде передачи данных

Топология сети характеризует взаимосвязи и пространственное распо-ложение друг относительно друга компонентов сети - сетевых компьютеров (хостов), рабочих станций, кабелей и других активных и пассивных устройств.

Топологии сетей можно разделить на две основные группы: полносвязные и неполносвязные.

Топология влияет на:

состав и характеристики оборудования сети;

возможности расширения сети;

способ управления сетью.

Все сети строятся на основе трех базовых топологий:

• звезда (star);

  кольцо (ring).

Метод доступа к среде передачи данных определяет, каким образом раз-деляемый ресурс - сетевой кабель - предоставляется узлам сети для осуществления актов передачи данных. Основные методы доступа к среде передачи данных:

состязательный метод (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий - CSMA/CD);

с передачей маркера;

по приоритету запроса.

?Первая передача данных между двумя компьютерами в сети в рамках проекта ARPANET - рождение Интернета.

В 1969 году Министерство обороны США посчитало, что на случай войны Америке нужна надёжная система передачи информации. Агентство передовых исследовательских проектов (ARPA) предложило разработать для этого компьютерную сеть. Разработка такой сети была поручена Калифорнийскому университету в Лос-Анджелесе, Стэнфордскому исследовательскому центру, Университету штата Юта и Университету штата Калифорния в Санта-Барбаре.

Первое испытание технологии произошло 29 октября 1969 года в 21:00. Сеть состояла из двух терминалов, первый из которых находился в Калифорнийском университете, а второй на расстоянии 600 км от него - в Стэнфордском университете. Тестовое задание заключалось в том, что первый оператор вводил слово «LOG», а второй должен был подтвердить, что он видит его у себя на экране. Первый эксперимент оказался неудачным, отобразились только буквы «L» и «O». Через час эксперимент был повторен и все прошло успешно.

Компьютерная сеть была названа ARPANET, в рамках проекта сеть объединила четыре указанных научных учреждения, все работы финансировались за счёт Министерства обороны США. Затем сеть ARPANET начала активно расти и развиваться, её начали использовать учёные из разных областей науки. В 1973 году к сети были подключены первые иностранные организации из Великобритании и Норвегии, сеть стала международной. Стоимость пересылки электронного письма по сети ARPANET составляла 50 центов. В 1984 году у сети ARPANET появился серьёзный соперник, Национальный фонд науки США (NSF) основал обширную межуниверситетскую сеть NSFNet, которая имела гораздо бо?льшую пропускную способность (56 кбит/с), нежели ARPANET. В 1990 году сеть ARPANET прекратила своё существование, полностью проиграв конкуренцию NSFNet.

Цели проекта ARPANET

• проведение экспериментов в области компьютерных коммуникаций;
• объединение научного потенциала исследовательских учреждений;
• изучение способов поддержания устойчивой связи в условиях ядерного нападения;
• разработка концепции распределённого управления военными и гражданскими структурами в период ведения войны.