Комп'ютерні мережі та телекомунікації XXI століття
План
Введення
1. Апаратні засоби комп'ютерних мереж
2. Конфігурація ЛЗ та організація обміну інформацією
2.1 Види архітектур ЛЗ
2.2 Компоненти передачі даних по мережі
2.3 Методи доступу в комп'ютерних мережах
3. Локальні мережі вченого призначення
4. Телекомунікації
Висновок
Список використаної літератури
Введення
Комп'ютерна мережа - об'єднання декількох ЕОМ для спільного вирішення інформаційних, обчислювальних, навчальних та інших завдань.
Одна з перших виникли при розвитку обчислювальної техніки завдань, що зажадала створення мережі хоча б з двох ЕОМ - забезпечення багато разів більшою, ніж могла дати в той час одна машина, надійності при управлінні відповідальним процесом у режимі реального часу. Так, при запуску космічного апарату необхідні темпи реакції на зовнішні події перевершують можливості людини, і вихід з ладу керуючого комп'ютера загрожує непоправними наслідками. У простій схемі роботу цього комп'ютера дублює другий такий же, і при збої активної машини вміст її процесора і ОЗУ дуже швидко перекидається на другу, яка підхоплює управління (у реальних системах все, звичайно, відбувається істотно складніше).
Мережі ЕОМ породили істотно нові технології обробки інформації - мережеві технології. У найпростішому випадку мережеві технології дозволяють спільно використовувати ресурси - накопичувачі великої ємності, друкуючі пристрої, доступ в Internet, бази і банки даних. Найбільш сучасні і перспективні підходи до мереж пов'язані з використанням колективного поділу праці при спільній роботі з інформацією - розробці різних документів і проектів, управлінні установою або підприємством і т.д.
Комп'ютерні мережі і мережеві технології обробки інформації стали основою для побудови сучасних інформаційних систем. Комп'ютер нині слід розглядати не як окремий пристрій обробки, а як "вікно" в комп'ютерні мережі, засіб комунікацій з мережевими ресурсами та іншими користувачами мереж.
1. Апаратні засоби комп'ютерних мереж
Локальні мережі (ЛЗ ЕОМ) об'єднують відносно невелике число комп'ютерів (зазвичай від 10 до 100, хоча зрідка зустрічаються і набагато більше) в межах одного приміщення (навчальний комп'ютерний клас), будівлі або установі (наприклад, університету). Традиційна назва - локальна обчислювальна мережа (ЛОМ) - швидше данина тим часам, коли мережі в основному використовувалися для вирішення обчислювальних завдань; сьогодні ж в 99% випадків мова йде виключно про обмін інформацією у вигляді текстів, графічних і відео-образів, числових масивів. Корисність ЛЗ пояснюється тим, що від 60% до 90% необхідної установі інформації циркулює всередині нього, не потребуючи виході назовні.
Великий вплив на розвиток ЛЗ зробило створення автоматизованих систем управління підприємствами (АСУ). АСУ включають кілька автоматизованих робочих місць (АРМ), вимірювальних комплексів, пунктів управління. Інше найважливіше поле діяльності, в якому ЛЗ довели свою ефективність - створення класів навчальної обчислювальної техніки (КУВТ).
Завдяки відносно невеликим довжинам ліній зв'язку (як правило, не більше 300 метрів), за ЛC можна передавати інформацію в цифровому вигляді з високою швидкістю передачі. На великих відстанях такий спосіб передачі неприйнятний через неминуче загасання високочастотних сигналів, в цих випадках доводиться вдаватися до додаткових технічним (цифро-аналоговим перетворенням) і програмним (протоколів корекції помилок та ін) рішенням.
Характерна особливість ЛЗ - наявність зв'язує всіх абонентів високошвидкісного каналу зв'язку для передачі інформації в цифровому вигляді. Існують дротові і бездротові канали. Кожен з них характеризується певними значеннями істотних з точки зору організації ЛЗ параметрів:
1. швидкості передачі даних;
2. максимальної довжини лінії;
3. перешкодозахищеності;
4. механічної міцності;
5. зручності і простоти монтажу;
6. вартості.
В даний час зазвичай застосовують чотири типи мережевих кабелів:
1. коаксіальний кабель;
2. незахищена вита пара;
3. захищена вита пара;
4. волоконно-оптичний кабель.
Перші три типи кабелів передають електричний сигнал по мідних провідниках. Волоконно-оптичні кабелі передають світло по скляному волокну.
Більшість мереж допускає кілька варіантів кабельних з'єднань.
Коаксіальні кабелі складаються з двох провідників, оточених ізолюючими шарами. Перший шар ізоляції оточує центральний мідний дріт. Цей шар обплетений зовні зовнішнім екрануючим провідником. Найбільш поширеними коаксіальними кабелями є товстий і тонкий кабелі "Ethernet". Така конструкція забезпечує хорошу перешкодозахищеність і мале загасання сигналу на відстанях.
Розрізняють товстий (близько 10 мм у діаметрі) і тонкий (близько 4 мм) коаксіальні кабелі. Володіючи перевагами по перешкодозахищеності, міцності, довжині, товстий коаксіальний кабель дорожче і складніше в монтажі (його складніше протягувати по кабельних каналах), ніж тонкий. До останнього часу тонкий коаксіальний кабель являв собою розумний компроміс між основними параметрами ліній зв'язку ЛВС і найбільш часто використовується для організації великих ЛЗ підприємств та установ. Однак більш дорогі товсті кабелі забезпечують кращу передачу даних на більшу відстань і менш чутливі до електромагнітних завад.
Виті пари являють собою два дроти, скручених разом шістьма оборотами на дюйм для забезпечення захисту від електромагнітних завад та узгодження електричного опору. Іншим найменуванням, зазвичай споживаним для такого проводу, є "IBM тип-3". У США такі кабелі прокладаються при будівництві будинків для забезпечення телефонного зв'язку. Проте використання телефонного дроту, особливо коли він уже розміщений в будівлі, може створити великі проблеми. По-перше, незахищені виті пари чутливі до електромагнітних перешкод, наприклад електричним шумів, створюваним люмінесцентними світильниками і рухомими ліфтами. Перешкоди можуть створювати також сигнали, що передаються по замкнутому контуру в телефонних лініях, що проходять уздовж кабелю локальної мережі. Крім того, виті пари поганої якості можуть мати змінне число витків на дюйм, що спотворює розрахункове електричне опір.
Важливо також зауважити, що телефонні проводи не завжди прокладені по прямій лінії. Кабель, що з'єднує два поруч розташованих приміщення, може насправді обійти половину будівлі. Недооцінка довжини кабелю в цьому випадку може привести до того, що фактично вона перевищить максимально допустиму довжину.
Захищені виті пари схожі з незахищеними, за винятком того, що вони використовують більш товсті проводи і захищені від зовнішнього впливу шиї ізолятора. Найбільш поширений тип такого кабелю, застосовуваного в локальних мережах, "IBM тип-1" являє собою захищений кабель з двома витими парами безперервного дроти. У нових будівлях кращим варіантом може бути кабель "тип-2", так як він включає крім лінії передачі даних чотири незахищені пари безперервного дроти для передачі телефонних переговорів. Таким чином, "тип-2" дозволяє використовувати один кабель для передачі як телефонних переговорів, так і даних по локальній мережі.
Захист і ретельне дотримання числа повивов на дюйм роблять захищений кабель з витими парами надійним альтернативним кабельним з'єднанням Однак ця надійність призводить до збільшення вартості.
Волоконно-оптичні кабелі передають дані у вигляді світлових імпульсів скляним "дротах". Більшість систем локальних мереж в даний час підтримує волоконно-оптичне кабельне з'єднання. Волоконно-оптичний кабель має істотні переваги в порівнянні з будь-якими варіантами мідного кабелю. Волоконно-оптичні кабелі забезпечують найвищу швидкість передачі, вони більш надійні, тому що не схильні до втрат інформаційних пакетів з-за електромагнітних завад. Оптичний кабель дуже тонкий і гнучкий, що робить його транспортування зручнішою в порівнянні з більш важким мідним кабелем. Проте найбільш важливо те, що тільки оптичний кабель має достатню пропускну здатність, яка в майбутньому буде потрібно для більш швидких мереж.
Поки що ціна волоконно-оптичного кабелю значно вище мідного. У порівнянні з мідним кабелем монтаж оптичного кабелю більш трудомісткий, по скільки кінці його повинні бути ретельно відполіровані і вирівняні до забезпечення надійного з'єднання. Однак нині відбувається перехід на оптоволоконні лінії, абсолютно несхильних перешкод і знаходяться поза конкуренцією по пропускній здатності. Вартість таких ліній неухильно знижується, технологічні труднощі стиковки оптичних волокон успішно долаються.
Бездротова зв'язок на радіохвилях може використовуватися для організації мереж у межах великих приміщень типу ангарів чи павільйонів, там де використання звичайних ліній зв'язку ускладнене або недоцільне. Крім того, бездротові лінії можуть пов'язувати віддалені сегменти локальних мереж на відстанях 3 - 5 км (з антеною типу хвильовий канал) і 25 км (з спрямованої параболічною антеною) за умови прямої видимості. Організації бездротової мережі істотно дорожче, ніж звичайної.
Для організації навчальних ЛЗ найчастіше використовується вита пара, як найдешевша, оскільки вимоги до швидкості передачі даних і довжині ліній не є критичними.
Для зв'язку комп'ютерів за допомогою ліній зв'язку ЛЗ потрібні адаптери мережі (або, як їх іноді називають, мережеві плати). Найвідомішими з них є: адаптери наступних трьох типів:
1. ArcNet; 2. Token Ring; 3. Ethernet.
2. Конфігурація ЛЗ та організація обміну інформацією
2.1 Види архітектур ЛЗ
У найпростіших мережах з невеликим числом комп'ютерів вони можуть бути повністю рівноправними; мережу в цьому випадку забезпечує передачу даних від будь-якого комп'ютера до будь-якого іншого для колективної роботи над інформацією. Така мережа називається однорангової.
Проте у великих мережах з великою кількістю комп'ютерів виявляється доцільним виділяти один (або декілька) потужних комп'ютерів для обслуговування потреб мережі (зберігання та передачу даних, друк на мережному принтері). Такі виділені комп'ютери називають серверами; вони працюють під управлінням мережевої операційної системи. В якості сервера зазвичай використовується високопродуктивний комп'ютер з великим ОЗУ і вінчестером (або навіть декількома вінчестерами) великої ємності. Клавіатура і дисплей для сервера мережі не обов'язкові, оскільки вони використовуються дуже рідко (для настроювання мережевої ОС).
Всі інші комп'ютери називаються робочими станціями. Робочі станції можуть не мати винчестерская дисків або навіть дисководів зовсім. Такі робочі станції називають бездискових. Первинна завантаження ОС на бездискові робочі станції відбувається по локальній мережі з використанням спеціально встановлюються на мережеві адаптери робочих станцій мікросхем ОЗУ, що зберігають програму початкового завантаження.
ЛЗ в залежності від призначення і технічних рішень можуть мати різні конфігурації (або, як ще кажуть, архітектуру, або топологію).
У кільцевій ЛЗ інформація передається по замкненому каналу. Кожен абонент безпосередньо пов'язаний з двома найближчими сусідами, хоча в принципі здатний зв'язатися з будь-яким абонентом мережі.
У зіркоподібною (радіальної) ЛЗ в центрі знаходиться центральний керуючий комп'ютер, послідовно зв'язується з абонентами і зв'язує їх один з одним.
У шинної конфігурації комп'ютери підключені до загального для них каналу (шини), через який можуть обмінюватися повідомленнями.
У деревоподібної - існує "головний" комп'ютер, якому підпорядковані комп'ютери наступного рівня, і т.д.
Крім того, можливі конфігурації без виразного характеру зв'язків; межею є повнозв'язна конфігурація, коли кожен комп'ютер в мережі безпосередньо пов'язаний з будь-яким іншим комп'ютером.
У великих ЛЗ підприємств та установ найчастіше використовується шинна (шийна) топологія, відповідна архітектурі багатьох адміністративних будівель, що мають довгі коридори та кабінети співробітників вздовж них. Для навчальних цілей у КУВТ найчастіше використовують кільцеві і зіркоподібні ЛЗ.
У будь-якої фізичної конфігурації підтримка доступу від одного комп'ютера до іншого, наявність або відсутність виділеного комп'ютера (у складі КУВТ його називають "вчительським", а інші - "учнівськими"), виконується програмою - мережевою операційною системою, яка по відношенню до ОС окремих комп'ютерів є надбудовою. Для сучасних високорозвинених ОС персональних комп'ютерів цілком характерно наявність мережевих можливостей (наприклад, OS / 2, WINDOWS 95-98).
2.2 Компоненти передачі даних по мережі
Процес передачі даних по мережі визначають шість компонент:
1. комп'ютер-джерело;
2. блок протоколу;
3. передавач;
4. фізична кабельна мережа;
5. приймач;
6. комп'ютер-адресат.
Комп'ютер-джерело може бути робочою станцією, файл-сервером, сервером або будь-яким комп'ютером, підключеним до мережі. Блок протоколу складається з набору мікросхем і програмного драйвера для плати мережного інтерфейсу. Блок протоколу відповідає за логіку передачі по мережі. Передавач посилає електричний сигнал через фізичну топологічну схему. Приймач розпізнає і приймає сигнал, що передається по мережі, і направляє його для перетворення в блок протоколу. Цикл передачі даних починається з комп'ютера-джерела, що передає вихідні дані в блок протоколу. Блок протоколу організовує дані в пакет передачі, що містить відповідний запит до обслуговуючих пристроїв, інформацію з обробки запиту (включаючи, якщо необхідно, адресу одержувача) та вихідні дані для передачі. Пакет потім прямує в передавач для перетворення в мережевій сигнал. Пакет розповсюджується по мережевому кабелю поки не потрапляє в приймач, де перекодовується в дані. Тут управління переходить до блоку протоколу, який перевіряє дані на збійності, передає "квитанцію" про прийом пакета джерела, переформовувати пакети і передає їх у комп'ютер-адресат.
У ході процесу передачі блок протоколу управляє логікою передачі по мережі через схему доступу.
2.3 Методи доступу в комп'ютерних мережах
Кожна мережева ОС використовує певну стратегію доступу від одного комп'ютера до іншого. Широко використовуються маркерні методи доступу (звані селективної передачею), коли комп'ютер-абонент отримує від центрального комп'ютера мережі так званий маркер - сигнал на право ведення передачі протягом певного часу, після чого маркер передається іншому абоненту. При конкурентному методі доступу абонент починає передачу даних, якщо виявляє вільної лінію, або відкладає передачу на деякий проміжок часу, якщо лінія зайнята іншим абонентом. При іншому способі - резервування часу - у кожного абонента є певний проміжок, протягом якого лінія належить тільки йому.
Найбільш часто застосовуються дві основні схеми:
• конкурентна (Ethernet);
• з маркерним доступом (Token Ring, Arcnet).
Ведуться дебати про те, яка схема більш ефективна - конкурентна або з маркерним доступом. Мережі з маркерним доступом зазвичай повільніші, але вони дають більш передбачуваними властивостями, ніж конкурентні. У міру зростання числа користувачів у мереж з маркерним доступом параметри погіршуються повільніше, ніж у конкурентних мереж. Ефективність мережі залежить від величини потоку повідомлень, який необов'язково пов'язаний з кількістю активних робочих станцій. За конкурентної схемою, коли багато робочих станцій одночасно намагаються пере-слати дані, виникають накладення. Таким чином, якщо більша частина обробки даних в мережі виконується локально (наприклад, якщо робочі станції зайняті, головним чином, локальної підготовкою текстів), ефективність мережі залишається високою, навіть якщо до мережі підключено багато користувачів.
При схемі з маркерним доступом ефективність безпосередньо визначаємо кількістю активних робочих станцій, а не повним потоком повідомлень, переданих по мережі. Кожен додатковий користувач додає ще одна адреса, по якому буде переданий маркер незалежно від того, потребує чи ні робоча станція в пересилання повідомлення.
Мережа Ethernet використовує для управління передачею даних по мережі конкурентну схему. Елементи мережі Ethernet можуть бути з'єднані по шинної або зоряної топології з використанням кручених пар, коаксіальних або волоконно-оптичних кабелів.
Основною перевагою мереж Ethernet є їх швидкодію. Володіючи швидкістю передачі від 10 до 100 Мбіт / с, Ethernet є однією з найшвидших серед існуючих локальних мереж. Однак таке швидкодію, у свою чергу, викликає певні проблеми: через те, що граничні можливості тонкого мідного кабелю лише незначно перевищують зазначену швидкість передачі в 10 Мбіт / с, навіть невеликі електромагнітні перешкоди можуть значно погіршити продуктивність мережі.
Як показує їх найменування, мережі Token Ring використовують для передачі даних схему з маркерним доступом. Мережа Token Ring фізично виконана за схемою "зірка", але веде себе як кільцева. Іншими словами, пакети даних передаються з однієї робочої станції на іншу послідовно (як в кільцевій мережі), але постійно проходять через центральний комп'ютер (як в мережах типу "зірка"). Мережі Token Ring можуть здійснювати передачу як по незахищеним і захищеним крученим проводовим парам, так і по волоконно-оптичним кабелям.
Мережі Token Ring існують у двох версіях: зі швидкістю передачі в 4 і в 16 Мбіт / с. Однак, хоча окремі мережі працюють на швидкостях або 4, або 16 Мбіт / с, можливо з'єднання через мости мереж з різними швидкостями передачі. Мережі Token Ring надійні, володіють високою швидкістю (особливо версія зі швидкістю передачі 16 Мбіт / с) і прості для установки. Однак у порівнянні з мережами ARCnet мережі Token Ring дороги.
Мережа ARCnet використовує схему з маркерним доступом і може працювати як в шинної, так і в зоряній топології. Схема "зірка" зазвичай забезпечує кращу продуктивність, так як при цій топології виникає менше конфлікту при передачі. ARCnet сумісна з коаксіальними кабелями, крученими парами і волоконно-оптичними кабелями.
Системи ARCnet є порівняно повільними. Передача здійснюється на швидкості лише 2,5 Мбіт / с, що значно менше, ніж в інших типах мереж. Незважаючи на малу швидкодію, ARCnet зберігає свою популярність. Її маленька швидкість передачі є у своєму роді компенсацією за ефективний метод передачі сигналів. ARCnet - порівняно недорога і гнучка система, яка легко встановлюється, розширюється і піддається зміні конфігурації.
Правила організації передачі даних у мережі називають протоколом. Певний протокол підтримується як апаратно (адаптерами мережі), так і програмно (мережевий ОС).
У ЛС дані передаються від одного комп'ютера до іншого блоками, які називають пакетами даних. Станція, що передає пакет даних, зазвичай вказує в його заголовку адресу призначення даних і свій власний адресу. Пакети можуть передаватися між робочими станціями без підтвердження - це тип зв'язку на рівні датаграм. Перевірка правильності передачі пакетів у цьому випадку виконується мережевої ОС, яка може сама посилати пакети, що підтверджують правильну передачу даних. Важлива перевага датаграм - можливість посилки пакетів відразу всіх станціях в мережі.
Наприклад, протокол передачі даних IPX (від слів "Internetwork Packet Exchange", що означає "міжмережевий обмін пакетами") використовується в мережевому програмному забезпеченні фірми "Novell" і є реалізацією датаграм. Інший приклад - розроблений фірмою IBM протокол NETBIOS, який також отримав велику популярність, теж працює на рівні датаграм.
Мережевий адреса складається з кількох компонентів:
1. номери мережі;
2. адреси станції в мережі;
3. ідентифікатора програми на робочій станції.
Номер мережі - це номер сегмента мережі (кабельного господарства), що визначається системним адміністратором при установці мережевої ОС.
Адреса станції - це число, що є унікальним для кожної робочої станції. Унікальність адрес при використанні адаптерів Ethernet забезпечується заводом-виробником плат (адреса станції записується в мікросхемі ОЗУ адаптерів). На адаптерах ArcNet адресу станції встановлюється за допомогою перемичок або мікроперемикачів.
Ідентифікатор програми на робочій станції називається сокет. Це число, яке використовується для адресації пакетів в конкретній програмі, що працює на станції під управлінням багатозадачного операційної системи (типу Windows, OS / 2). Кожна програма для того, щоб посилати або отримувати дані по мережі, повинна отримати свій, унікальний для даної робочої станції, ідентифікатор - сокет.
3. Локальні мережі навчального призначення
ЛЗ КУВТ - сукупність апаратних і програмних засобів, орієнтованих на використання в навчальному процесі. В кінці 80-х років отримали широке поширення КУВТ "Ямаха", КУВТ на базі мікро - ЕОМ БК0010, УКНЦ, "Корвет". Їм на зміну прийшли КУВТ на базі комп'ютерів IBM PC (і їм подібних) і "Apple Macintosh". У ряді місць функціонують і гібридні КУВТ з головною машиною IBM PC і учнівськими УКНЦ або "Корвет". До складу кожного КУВТ входять:
• робоче місце викладача (РМП);
• робочі місця учнів (РМУ) - зазвичай 10 - 15;
• апаратні і програмні засоби сетеобразованія.
У складі РМП обов'язково знаходиться комп'ютер (системний блок, дисплей і клавіатура), досить ємне пристрій для зберігання інформації - накопичувач і принтер. У зазначених вище КУВТ першого покоління зазвичай роль накопичувача виконували два НГМД і побутової касетний магнітофон. Зрозуміло, така мережа надає вельми слабкі можливості; в сучасних ЛЗ КУВТ на головний машині знаходиться вінчестер з місткістю до 120 Гбайт, CD - RW, інші пристрої.
Мережева ОС, що функціонує на РМП, повинна надавати наступний мінімальний набір призначених для користувача можливостей:
1. пересилання програм і даних з РМП на кожне з РМУ і назад;
2. виконання програм як на РМУ, так і на РМП;
3. висновок програм і даних з РМУ на зовнішні накопичувачі і принтер РМП;
4. групову розсилку програм з РМП на всі РМУ.
У ході цієї роботи ОС ЛЗ КУВТ повинна бути здатною до наступного.
1. Підтримка файлової системи. Це пов'язано з необхідністю забезпечити абонентам - учням доступ до файлів, що зберігаються на головний машині мережі, яка в цьому випадку виконує роль файлового сервера. У більш "просунутому" варіанті на головний машині може бути база даних, що представляє інтерес для навчального процесу, і ОС повинна підтримувати доступ до цієї бази.
2. Захист даних і розмежування доступу. Без цього файли одних учнів під час запису на загальний диск зітруть файли інших. Крім того, в такій системі колективного користування можуть бути конфіденційні дані, і система повинна передбачити варіант їх захисту від несанкціонованого доступу (наприклад, по паролю).
3. Система контролю і ведення уроку. Вона включає можливість викладачеві втручатися в роботу учнів, переглядати їх екрани, викликати й редагувати їх програми, організовувати колективні демонстрації і т.д.
Високорозвинені ОС ЛЗ КУВТ надають чималі можливості. Серед команд викладача є декілька довідкових, що дозволяють встановити в якому режимі функціонують комп'ютери учнів, команди пересилання програм і їх автоматичного запуску на РМУ, команди виклику файлів - програм і даних - з будь-якого з РМУ на РМП або на диск, відключення будь-якого з РМУ від мережі і зворотне підключення. Мережа підтримує локальну електронну пошту та обмін короткими текстовими повідомленнями між будь-якими комп'ютерами. Дуже важливий такий показник як швидкодія мережі. Так, швидкість передачі по вихідної ЛЗ КУВТ УКНЦ в 5-8 Кбіт / с призводить, наприклад, до витраті декількох хвилин на розсилку компілятора Паскаля - це занадто багато для навчального процесу. Установка в цьому класі головної машини IBM PC з мережевою системою фірми "Лінакс" скорочує цей час мінімум в 10 разів. Проте, навіть у класах на основі комп'ютерів IBM PC і Macintosh швидкість розсилки по мережі буває недостатньо високою, що створює проблеми при навчальної роботи.
4. Телекомунікації
Комп'ютерні телекомунікації - одна з найбільш динамічно розвиваються галузей інформаційних технологій. У порівнянні з іншими розділами інформаційних технологій її технологічна складова значно перевершує теоретичну. Тому ефективність вивчення даної теми сильно залежить від можливості організувати практичну роботу учнів з комп'ютерними мережами.
У рамках даного розділу базового курсу реалізується наступний перелік педагогічних цілей: дати уявлення про призначення та структурі локальних і глобальних мереж; познайомити учнів з основними інформаційними послугами мереж, з можливостями Internet; навчити способам обміну файлами в локальній мережі комп'ютерного класу; познайомити зі способами пошуку інформації в Internet (за наявності технічних можливостей).
Зміст даного підрозділу базового курсу ділиться на дві частини за принципом поділу комп'ютерних мереж на два типи:
локальні мережі;
глобальні мережі.
Тема комп'ютерних мереж велика за кількістю понять і може викладатися з різним ступенем подробиці. Розкриття цієї теми в шкільних підручниках, як правило, носить короткий характер. Тому, поряд з обговоренням питань методики, в даний підрозділ посібника включені додаткові відомості по темі, які будуть корисні вчителю.
Методичні рекомендації щодо вивчення теми
Вивчаються питання:
♦ Локальна мережа (ЛЗ), організація і призначення.
♦ Локальні мережі шкільних КУВТ.
♦ Організація глобальних мереж (ГС).
♦ Інформаційні послуги ГС.
♦ Апаратні засоби мереж.
♦ Що таке Internet.
♦ Інформаційні послуги Internet і World Wide Web.
Якщо комп'ютери у шкільному кабінеті інформатики об'єднані в локальну мережу, то ця обставина істотно полегшує вивчення даної теми. Саме шкільний комп'ютерний клас повинен стати відправною точкою в розмові про передачу інформації в комп'ютерних мережах. Визначивши комп'ютерну мережу як систему комп'ютерів, пов'язаних каналами передачі інформації, вчитель демонструє таку систему на обладнанні комп'ютерного класу і повідомляє, що така мережа називається локальною.
Локальні комп'ютерні мережі невеликі за масштабами і працюють в межах одного приміщення, будівлі, підприємства. Можливо, що в школі діє локальна мережа, що об'єднує комп'ютери, встановлені в різних приміщеннях: у навчальних кабінетах, кабінеті директора, бухгалтерії та ін Точно так само в локальну мережу часто об'єднуються різні відділи підприємств, фірм, установ.
Локальні мережі, в залежності від призначення і технічних рішень, можуть мати різні структури об'єднання комп'ютерів. Їх ще називають конфігураціями, архітектурою, топологією мережі.
Бувають ситуації в ПП, коли топологія не має якоїсь регулярної структури. Наприклад, комп'ютери можуть з'єднуватися за принципом "кожний з кожним".
Використання локальних мереж відповідає двом основним цілям:
1) обміну файлами між користувачами мережі;
2) використання загальнодоступних ресурсів: великого простору дискової пам'яті, принтерів, централізованої бази даних, програмного забезпечення та ін
Користувачів загальної локальної мережі прийнято називати робочою групою, а комп'ютери, за якими вони працюють, - робочими станціями. Якщо всі комп'ютери в мережі рівноправні, тобто мережа складається тільки з робочих станцій користувачів, то її називають однорангової мережею. Однорангові мережі використовуються для здійснення першої із зазначених цілей: для обміну файлами. У кожного комп'ютера в такій мережі є своє ім'я. Члени робочої групи можуть звертатися за цим іменам до дискової пам'яті ПК своїх колег і копіювати файли на свій комп'ютер або копіювати свої файли на інші комп'ютери. Можливість такого обміну забезпечується спеціальною мережевою операційною системою. Засобами мережевої ОС можна захистити інформацію від стороннього доступу. Таким чином, локальна мережа позбавляє від необхідності використовувати дискети для переносу інформації з одного комп'ютера на інший.
Інший спосіб організації локальної мережі - мережа з виділеним (головним) комп'ютером. Його називають файл-сервером. Найчастіше у шкільних комп'ютерних класах використовується саме така організація. До файл-сервера має доступ вчитель, а учні працюють за робочими станціями. Всі робочі станції з'єднані з головною машиною (схема з'єднання "зірка"). Тому безпосередній обмін інформацією відбувається між сервером і кожної робочої станцією. Звичайно, в такій системі учні теж можуть обмінюватися файлами, але "транзитом" через сервер. Зазвичай сервер - це більш потужна машина, ніж робочі станції, з великим жорстким диском, з додатковими зовнішніми пристроями (наприклад, CD-ROM - дисководом, принтером, модемом). При такій організації локальної мережі реалізується друга із зазначених вище цілей: доступ користувачів до загальних апаратним та інформаційних ресурсів сервера. Зокрема, програми, що зберігаються на диску сервера, можуть завантажуватися в оперативну пам'ять робочої станції і запускатися на виконання подібно до того, як це робиться з власного диска ПК. Зі свого робочого місця користувач може створювати і зберігати файли на жорсткому диску сервера.
Роботою мережі управляє мережева операційна система. Операційна система підтримує стандарти (протоколи) обміну інформацією в мережі, встановлює черговість при зверненні різних користувачів до одних і тих же ресурсів та ін Основне призначення мережевої ОС - дати можливість користувачам працювати в локальній мережі, не заважаючи один одному. Роботу однорангових мереж підтримує операційна система Windows 95/98. Найбільш поширені ОС для мереж з виділеним сервером: Novell NetWare, Windows NT.
Глобальні комп'ютерні мережі об'єднують між собою ЕОМ, розташовані на великих відстанях (у масштабах регіону, країни, світу). Якщо локальну мережу учні можуть побачити своїми очима, то знайомство з глобальними мережами буде носити більш описовий характер. Тут, як і в багатьох інших темах, приходить на допомогу метод аналогій. Пристрій глобальної мережі можна порівняти з пристроєм системи телефонного зв'язку - телефонної мережі. Телефони абонентів пов'язані з вузлами-комутаторами. У свою чергу, всі міські комутатори зв'язані між собою так, що між будь-якими двома телефонами абонентів може бути встановлений зв'язок. Вся ця система утворює телефонну мережу міста. Міські (регіональні) мережі пов'язані між собою по міжміським лініях. Вихід на телефонні мережі інших країн відбувається з міжнародних лініях зв'язку. Таким чином, весь світ "обплутаний" телефонними мережами. Два абонента в будь-якій частині світу, підключені до цієї мережі, можуть зв'язатися один з одним.
Розповівши про це, запропонуйте учням уявити, що у абонентів замість телефонних апаратів встановлено персональні комп'ютери; замість комутаторів - потужні комп'ютерні вузли, і за такою мережі циркулює найрізноманітніша інформація: від текстової до відео і звуку. Це і є сучасна світова система глобальних комп'ютерних мереж.
Перша глобальна комп'ютерна мережа почала діяти в 1969 р. в США, вона називалася ARPANET і об'єднувала в собі всього 4 видалених комп'ютера. Прикладом сучасної мережі науково-освітнього призначення є BITNET. Вона охоплює 35 країн Європи, Азії та Америки, об'єднує понад 800 університетів, коледжів, наукових центрів. Найбільшою російською мережею є RELCOM, створена в 1990 р. RELCOM входить в європейське об'єднання мереж EUNET, яка, у свою чергу, є учасником гігантського світового співтовариства INTERNET. Така ієрархічність характерна для організації глобальних мереж.
Мережа складається з вузлових хост-комп'ютерів, ПК абонентів мережі, лінії зв'язку. Зазвичай вузол мережі містить не один, а безліч комп'ютерів. Функції серверів різних мережевих послуг можуть виконувати різні комп'ютери.
Хост-комп'ютери постійно перебувають у включеному стані, постійно готові до прийому-передачі інформації. У такому випадку говорять, що вони працюють у режимі on-line. Комп'ютери абонентів виходять на зв'язок з мережею (в режим on-line) лише на певний час - сеанс зв'язку. Переславши і отримавши необхідну інформацію, абонент може відключитися від мережі і далі працювати з отриманою інформацією автономно - в режимі off-line. Маршрут передачі інформації користувачеві зазвичай невідомий. Він може бути впевнений лише в тому, що інформація проходить через вузол підключення і доходить до пункту призначення. Маршрутизацією переданих даних займаються системні засоби мережі. У різних сеансах зв'язок з одним і тим же кореспондентом може проходити за різними маршрутами.
Шлюзом називають комп'ютер, організуючий зв'язок даної мережі з іншими глобальними мережами.
Інформаційні послуги глобальних мереж. Електронна пошта. В історії глобальних мереж електронна пошта (e-mail) з'явилася як сама перша інформаційна послуга. Ця послуга залишається основною і найважливішою в комп'ютерних телекомунікаціях. Можна сказати, що відбувається процес витіснення традиційної паперової пошти електронною поштою. Переваги останньої очевидні: перш за все, це висока швидкість доставки кореспонденції (хвилини, рідко - годинник), порівняльна дешевизна. Вже зараз величезні обсяги ділової та особистої переписки йдуть через e-mail. Електронна пошта в поєднанні з факсимільним зв'язком забезпечують абсолютну більшість потреб у передачі листів і документів.
Для того щоб абонент міг скористатися послугами електронної пошти, він повинен:
• мати апаратне підключення свого персонального комп'ютера до поштового сервера вузла комп'ютерної мережі;
• мати на цьому сервері свою поштову скриньку та пароль для звернення до нього;
• мати особисту електронну адресу;
• мати на своєму комп'ютері клієнт-програму електронної пошти (мейлер).
Поряд з електронною поштою в глобальних мережах існують і інші види інформаційних послуг для користувачів.
Telnet. Ця послуга дозволяє користувачеві працювати в режимі терміналу віддаленого комп'ютера, тобто використовувати встановлені на ньому програми так само, як програми на власному комп'ютері.
FTP. Так називається мережевий протокол і програми, які обслуговують роботу з каталогами та файлами віддаленої машини. Клієнт FTP має можливість переглядати каталоги FTP-cepверов, копіювати цікавлять його файли.
Archie. Так називаються спеціальні сервери, що виконують роль пошукових програм у системі FTP-серверів. Вони допомагають швидко знайти потрібні вам файли.
Gopher. Система пошуку та вилучення інформації з мережі з розвинутими засобами багаторівневих меню, довідкових книг, індексних посилань і пр.
WAIS. Мережева інформаційно-пошукова система, заснована на розподілених базах даних і бібліотеках.
Usenet. Система телеконференцій. Інша назва - групи новин. Обслуговує абонентів певних тематичних конференцій, розсилаючи їм матеріали по електронній пошті. скриньки абонентів і, виявивши там вихідну кореспонденцію, організує її отруєння. Апаратні засоби мереж. Хост-комп'ютери (сервери). Хост-комп'ютер має власний унікальний адреса в мережі і виконує роль вузловий машини, яка обслуговує абонентів. В якості хост-комп'ютерів використовуються різні типи машин: від потужних ПК до міні-ЕОМ і навіть мейнфреймів (великих ЕОМ). Основні вимоги - високошвидкісний процесор і великий об'єм дискової пам'яті (сотні Гбайт). На хост-комп'ютерах в мережі Internet використовується операційна система Unix. Всі сервер-програми, що обслуговують програми, працюють під управлінням Unix.
З того про що вже говорилося вище, випливає, що поняття "сервер" носить програмно-апаратний сенс. Наприклад, хост-комп'ютер, на якому в даний момент працює сервер-програма електронної пошти, виконує роль поштового сервера. Якщо на цій же машині починає працювати сервер-програма WWW, то вона стає Web-сервером. Часто функції серверів різних послуг розділені на вузлі мережі між різними комп'ютерами.
Лінії зв'язку. Основні типи ліній зв'язку між комп'ютерами мережі: телефонні лінії, електричні кабелі, оптоволоконний кабель і бездротовий зв'язок. Головними параметрами ліній зв'язку є пропускна здатність (максимальна швидкість передачі інформації), завадостійкість, вартість. За параметром вартості найдорожчими є оптоволоконні лінії, найдешевшими - телефонні. Однак зі зменшенням ціни зменшується і якість роботи лінії. У табл. 12.1 дано порівняльні характеристики ліній за параметрами швидкості та завадостійкості.
Таблиця 1. Характеристики ліній зв'язку
Тип зв'язку | Швидкість, Мбіт / с | Завадостійкість |
Вита пара проводів | 10 -100 | Низька |
Коаксіальний кабель | До 10 | Висока |
Телефонна лінія | 1-2 | Низька |
Оптоволоконний кабель | 10 -200 | Абсолютна |
Частіше за все для зв'язку між хост-комп'ютерами використовуються виділені телефонні лінії або радіозв'язок. Якщо вузли мережі розташовані порівняно недалеко один від одного (у межах міста), то зв'язок між ними може бути організована по кабельних лініях - електричним або оптоволоконним. Останнім часом в мережі Internet активно використовується супутникова радіозв'язок.
Зазвичай абоненти (клієнти) підключаються до вузла свого провайдера через телефонну лінію. Все частіше для цих цілей починає застосовуватися безпровідний зв'язок.
З точки зору користувача, Інтернет - це певне безліч інформаційних послуг, які він може одержувати від мережі. У число послуг входять: електронна пошта, телеконференції (списки розсилки), архіви файлів, довідники та бази даних, Всесвітня павутина - WWW та ін Інтернет - це необмежені інформаційні ресурси. Вплив, який надасть Інтернет на розвиток людського суспільства, ще до кінця не усвідомлено.
Інформаційні послуги Інтернет. Поряд з перерахованими вище інформаційними послугами (електронною поштою, телеконференціями та ін), які надаються користувачам глобальних мереж, існують послуги, поява і розвиток яких пов'язаний виключно з розвитком світової мережі Інтернет. Найбільш помітною серед них є WWW.
WWW-World Wide Web - Всесвітня павутина. Це гіпертекстова інформаційна система в Інтернеті. Останнім часом WWW та її програмне забезпечення стає універсальним засобом інформаційних послуг в Інтернет.
Основні поняття, пов'язані з WWW:
Web-сторінка - основна інформаційна одиниця в WWW, що має свою адресу;
Web-сервер - комп'ютер, який зберігає Web-сторінки і відповідне програмне забезпечення для роботи з ними;
Web-браузер - клієнт-програма, що дозволяє витягувати і переглядати Web-сторінки;
Web-сайт - розділ даних на Web-сервері, що належить якійсь організації чи особі. У цьому розділі його власник розміщує свою інформацію у вигляді безлічі взаємопов'язаних Web-сторінок. Зазвичай сайт має титул - головний сторінку, від якої за гіперпосиланнями або вказівниками "вперед-назад" можна рухатися по сторінках сайту. Найбільш популярними Web-браузерами є Internet Explorer і Netscape Navigator. Основне завдання браузера - звернення до Web-сервера за шуканої сторінкою і висновок сторінки на екран. Найпростіший спосіб отримання потрібної інформації з Інтернет - вказівка адреси шуканого ресурсу. Для зберігання і пошуку інформації в Інтернет використовується універсальна адресація, яка носить назву URL - Uniform Resource Locator. На допомогу користувачеві в Інтернет діє ряд спеціальних пошукових програм. Ще їх називають пошуковими серверами, пошуковими машинами, пошуковими системами. Пошукова система видає користувачеві список адрес документів, в яких зустрічаються вказані користувачем ключові слова. Нижче наведено адреси найбільш популярних російських пошукових серверів:
http://mssia.agama.com/Aport/
http://www.rambler.ru/
http://yandex.ru/
http://www.altavista.telia.com/
Крім WWW, серед відносно нових послуг в Інтернет існують наступні:
IRC. Internet Relay Chat - "слова" в реальному часі. Дозволяє вести письмовий діалог віддаленим співрозмовникам в режимі on-line;
Internet-телефонія. Послуга, що підтримує голосове спілкування клієнтів мережі в режимі on-line.
Рекомендації щодо організації практичної роботи
При наявності можливості виходу в Інтернет, практична робота учнів може бути організована за такими напрямками:
• підготовка, відправлення та прийом електронної пошти;
• робота з Web-браузером, перегляд Web-сторінок;
• звернення до FTP - серверів, витяг файлів;
• пошук інформації в системі WWW з допомогою пошукових програм.
Знайомство з кожним новим видом прикладного програмного забезпечення, що обслуговує відповідну інформаційну послугу (поштова програма, Web-браузер, пошукова програма) слід проводити за стандартною методичною схемою: дані, середа, режими роботи, система команд.
Висновок
Мережі ЕОМ вриваються в життя людей як в професійну діяльність, так і у побут - найбільш несподіваним і масовим чином. Знання про мережі і навички роботи в них стають необхідними безлічі людей.
Мережі ЕОМ породили істотно нові технології обробки інформації - мережеві технології. У найпростішому випадку мережеві технології дозволяють спільно використовувати ресурси - накопичувачі великої ємності, друкуючі пристрої, доступ в Internet, бази і банки даних. Найбільш сучасні і перспективні підходи до мереж пов'язані з використанням колективного поділу праці при спільній роботі з інформацією - розробці різних документів і проектів, управлінні установою або підприємством і т.д. Комп'ютерні мережі і мережеві технології обробки інформації стали основою для побудови сучасних інформаційних систем. Комп'ютер нині слід розглядати не як окремий пристрій обробки, а як "вікно" в комп'ютерні мережі, засіб комунікацій з мережевими ресурсами та іншими користувачами мереж.
Список використаної літератури
Могилів А.В., Пак Н.І., Хеннер Є.К. Інформатика. - М.: "Академія", 2001. - 586 с.
Економічна інформатика / під ред. П.В. Конюховского і Д.М. Колесова. - СПб: Питер, 2000. - 560 с.
Бройдо В.Л. Обчислювальні системи, мережі та телекомунікації: Підручник для вузів. 2-е вид. - СПб.: Пітер, 2006 - 703 с.
Комп'ютерні мережі. Принципи, технології, протоколи: Підручник для вузів. 2-е вид. / В.Г. Оліфер, Н.А. Оліфер-СПб.: Пітер, 2004. - 864 с.
Телекомунікації. Керівництво для початківців. / Мур М., Прітск Т., Ріггс К., Сауфвік П. - СПб.: БХВ - Петербург, 2005. - 624 с.
6. Страхарчук А.Я., Страхарчук В.П. Інформаційні Технології в економіці: Навчальний посібник для студентів вищіх навчальних закладів /. - К: НМЦ "Укоопосвіта", 1999. - 357 с.