Вычислительные сети. Первая в мире компьютерная сеть ARPANET. Назначение и классификация сетей 8 класс онлайн-подготовка
Тема: История и классификация компьютерных сетей
Урок: Вычислительные системы и вычислительные сети. Первая в мире компьютерная сеть — ARPANET. Протоколы. Первые отечественные информационные сети.
Назначение и классификация компьютерных сетей, их основные компоненты
1. Введение
Что же такое компьютерная сеть? Рассмотрим определение этого понятия:
Компьютерная сеть – это система связи компьютеров или компьютерного оборудования. Для передачи информации по компьютерной сети могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения.
Первой компьютерной сетью была сеть ARPANET, созданная в 1969 году в США Агентством Министерства обороны США по перспективным исследованиям (ARPA).
Она явилась первым прототипом сети Интернет. Сеть состояла из двух терминалов, которые должны были быть максимально удалены друг от друга, чтобы проверить систему в максимальных режимах. Первый терминал находился в Калифорнийском университете, а второй на расстоянии 600 км от него — в Стэнфордском университете. Компьютерная сеть была названа ARPANET, в рамках проекта сеть объединила к концу 1969 года 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. К 1971 году было подключено еще 15 терминалов.
В постсоветском пространстве первой компьютерной сетью была сеть РЕЛКОМ. Начала свою работу летом 1990 года на базе Института атомной энергии им. И. В. Курчатова в Москве, соединив с помощью аналоговых телефонных модемов компьютеры в научных учреждениях Москвы, Ленинграда и Новосибирска. Действовала в связке с программистским кооперативом«Демос» (вскоре ставшим первым российским интернет-провайдером).
Днем рождением российской части сети Интернета (Рунета) можно считать 19 сентября 1990 года.
Основным назначением компьютерных сетей является обеспечение совместного доступа к общим ресурсам сети (например, принтеры, базы данных, удалённые рабочие станции и.т.д). Данные, хранящиеся на удаленных компьютерах, образуют общий информационный ресурс. Например, если вы хотите узнать в Интернете расписание кинофильмов на сегодня, то посредством своего домашего компьютера вы используете сторонний программный ресурс, к которому вы получили доступ, зайдя на сайт кинотеатра.
В зависимости от области применения компьютерные сети можно классифицировать по следующим критериям:
— По территориальной распространённости (глобальные, региональные локальные).
— По типу функционального взаимодействия (клиент сервер, смешанная сеть, одноранговая сеть).
— По типу среды передачи (проводные, беспроводные)
— По скорости передач.
Если необходимо объединить в сеть несколько компьютеров на уровне предприятия или дома, то чаще всего в таком случае используются локальные сети.
Локальная сеть – это компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Для соединения компьютеров в локальную сеть, они должны обязательно иметь специальную сетевую плату (сетевой адаптер или сетевую карту) а также порт локальной сети LAN (от англ. Local Area Network – локальная сеть), в который вставляется сетевой кабель. На рис.1 и рис.2 вы можете видеть типичную сетевую плату и разъём LAN.
Рис. 1. Сетевая плата компьютера
Рис. 2. Разъём для кабеля локальной сети LAN
Одной из самых важных характеристик сетевых плат и кабелей является их пропускная способность – количество информации, которые они могут передать за единицу времени. Так, например, это влияет на время, за которое сервер успевает обработать исходящую электронное письмо (e-mail) и передать её адресату. Современные локальные компьютерные сети работают с разной пропускной способностью – обычно от 10 до 100 Мбит в секунду.
Скорость передачи данных также зависит от типа используемого кабеля. Кабели в свою очередь различаются материалом проводников и технологией передачи электронной информации. Рассмотрим 3 основных типа кабелей, используемых в компьютерных сетях – коаксиальный кабель, витая пара и оптоволокно.
Коаксиальный кабель (Рис. 3) — электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана. Обычно служит для передачи высокочастотных сигналов. Изобретён и запатентован в 1880 году британским физиком Оливером Хевисайдом.
Рис. 3. Коаксиальный кабель
Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы, изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. Основным преимуществоми таких типов кабелей является их дешевизна, однако скорость передачи данных в таком кабеле одна из самых низких (до 10 Мбит в секунду).
Витая пара (Рис.
4) – вид кабеля связи, представляющий собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей. Скорость передачи информации по витой паре – от 10 до 100 Мбит в секунду. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей.
Рис. 4. Витая пара
Оптическое волокно(Рис. 5) — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения. Принцип передачи света, используемый в волоконной оптике, был впервые продемонстрирован в XIX веке, но развитие современной волоконной технологии началось в 1950-х годах.
Изобретение лазеров сделало возможным построение волоконно-оптических линий передач, превосходящих по своим характеристикам традиционные проводные средства связи. На сегодняшний день такой тип кабелей является наиболее эффективным, благодаря возможности передачи данных на колоссальные расстояния (например, по океанскому дну), низкому проценту ошибок по сравнению с другими типами кабелей, и самой высокой скорости передачи данных (около 40 Гбит в секунду).
Рис. 5. Оптическое волокно
Итак, мы с вами познакомились с понятием «локальная сеть» и её составляющими. Как мы уже знаем, такие сети используются в случае если компьютеры находятся на относительно недалёком друг от друга расстоянии. Но как же объединить несколько компьютерных сетей, находящихся на расстоянии сотен и даже тысяч километров друг от друга? Для этого используются глобальные сети. Глобальная сеть – это компьютерная сеть, охватывающая большие территории и включающая в себя большое число компьютеров и локальных сетей.
Для передачи информации на большие расстояние в глобальной сети используются модемы и телефонные линии связи.
Телефонная сеть передает звук человеческого голоса в виде аналогового сигнала, а модем преобразует его в цифровой сигнал. Модем (Рис 6.) – это устройство, которое соединяет компьютер с телефонной линией. При этом управление модемом с компьютера происходит благодаря специальной программе – драйвера модема.
Рис. 6. ADSL Модем
На другом конце телефонной линии также должен быть присоединён модем, подключённый к другому компьютеру – в этом случае компьютер-приёмник сможет получать данные из сети. В данном случае модем в этом компьютере используется вместо сетевой платы. Модемы могут быть внешними (Рис. 7), то есть подключенными к компьютеру извне по внешним разъёмам (например, USB) и внутренние (Рис. 8) – то есть интегрированными в корпус компьютера.
Рис. 7. Внешний модем
Рис. 8 . Внутренний модем
Для того, чтобы информация в глобальной сети была корректно воспринята и обработана всеми компьютерами сети корректно и безошибочно, были разработаны специальные протоколы передачи данных по глобальной сети.
Протокол – набор правил и соглашений, которые позволяют нескольким компьютерам общаться друг с другом в сети. Основным протоколом сети интернет является протокол TCP/IP. За адресацию информации отвечает протокол IP, а за целостность передаваемой информации отвечает протокол TCP. Принцип работы протокола TCP/IP основан на том, что каждый компьютер в сети имеет свой уникальный идентификатор – ip-адрес. Он представляет собой группу из четырёх натуральных чисел, отделенных друг от друга точками. Например: 192.168.0.1. Левая часть адреса показывает к какой части сети принадлежит данный компьютер, а правая часть показывает точный номер компьютера в данной подсети. Информация по сети передается разделенной на части, которые называются пакетами. Любое движение информации в интернете между компьютерами подчинено работе протокола. Рассмотрим подробнее типичный случай передачи информации по протоколу TCP/IP.
В начале работы, компьютер посылает запрос на сервер в виде пакета и ждёт ответа.
После того как подтверждение от сервера получено, компьютер посылает пакетный запрос на выдачу какой-либо информации, размещённой на сервере. В ответ на этот пакет сервер даёт компьютеру разрешение на пересылку запрашиваемой информации (файла).
Список рекомендованной литературы
1. Босова Л.Л. Информатика и ИКТ: Учебник для 8 класса. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012
2. Босова Л.Л. Информатика: Рабочая тетрадь для 8 класса. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.
3. Астафьева Н.Е., Ракитина Е.А., Информатика в схемах. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.
4. Одом У. Компьютерные сети. Первый шаг = Computer Networking: First-step / Пер. В. Гусев. — СПб.: «Вильямс», 2006.
Рекомендованные ссылки на ресурсы интернет
1. Что такое Internet? (Источник).
2. Протоколы Интернет (Источник).
3. Обзор базовых сетевых технологий (Источник).
Рекомендованное домашнее задание
1.
Глава 2, § 1.6. Босова Л.Л. Информатика и ИКТ: Учебник для 8 класса. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012 г.
2. Зачем нужны компьютерные сети? Что является их основным назначением?
3. Чем отличается локальная сеть от глобальной?
4. Назовите основные преимущества оптоволоконного кабеля над конкурентами.
5. Назовите основную функцию протокола TCP/IP.
Классификация компьютерных сетей (17 слайдов)
Слайд 1
Классификация компьютерных сетей КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ 1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ АСПЕКТЕ 1.1.1 По территории покрытия 1.1.2 По типу среды передачи данных 1.1.3 По типу коммутации 1.1.4 По признаку первичности сети 1.2 КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ В ОРГАНИЗАЦИОННОМ АСПЕКТЕ 1.2.1 По типу пользователя, которому предназначаются услуги сети 1.2.2 По функциональной роли в составной сети 1.3 СТРУКТУРА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ 1.4 СЕТИ ОПЕРАТОРОВ СВЯЗИ 1.5 КОРПОРАТИВНЫЕ СЕТИ
Слайд 2
Классификация компьютерных сетей в технологическом аспекте По территории покрытия Локальные сети ( Local Area Network , LAN ) Короткие более качественные линии связи немодулированные сигналы отказ от подтверждения получения пакета Глобальные сети (Wide Area Network, WAN) Городские сети (Metropolitan Area Network, MAN) Расстояние между процессорами Процессоры расположены Пример 1м На одном квадратном метре Персональная сеть 10м Комната Локальная сеть 100м Здание 1км Кампус 10км Город Муниципальная сеть 100км Страна Глобальная сеть 1000км Континент 10000км Планета Интернет
Слайд 3
Классификация компьютерных сетей в технологическом аспекте По типу среды передачи данных Проводные сети – медные или оптические кабели для построения каналов связи Беспроводные сети – беспроводные каналы связи (радиоканал, СВЧ, лазер, инфракрасный канал) Существенное воздействие помех Разделяемая среда
Слайд 4
Классификация компьютерных сетей в технологическом аспекте По типу коммутации Сети с коммутацией каналов Сети с коммутацией пакетов Дейтаграммные сети – Ethernet Сети, основанные на логическом соединении – TCP / IP -сети Сети, основанные на виртуальных каналах – MPLS -сети
Слайд 5
Классификация компьютерных сетей в технологическом аспекте По признаку первичности сети Первичные сети – вспомогательные сети для создания постоянных физичеких двухточечных каналов для других компьютерных или телефонных сетей.
Кабели коммутационное оборудование гибкая среда для создания физических каналов связи. Наложенные сети – остальные сети, предоставляющие услуги конечным пользователям, на основе каналов первичных сетей. Компьютерные, телефонные, телевизионные сети являются наложенными.
Слайд 6
Классификация компьютерных сетей в организационном аспекте По типу пользователя, которому предназначаются услуги сети Сети операторов связи – публичные услуги (транспортные – телефон и информационные – веб-служба) телефония, каналы связи в аренду для организаций, строящих свои сети, доступ в Интернет, VPN , широковещательная рассылка аудио- видеосигналов) Материальная ответственность за сбои работы Большое количество пользователей Корпоративные сети – услуги только сотрудникам организации, владеющей сетью. Сеть крупного предприятия локальные сети объединяющая глобальная сеть Пользователей существенно меньше, чем в сети оператора связи
Слайд 7
Классификация компьютерных сетей в организационном аспекте По функциональной роли в составной сети Сети доступа – доступ абонентам от их помещений до оператора связи или оператора корпоративной сети Магистральные сети – сети, предоставляющие скоростное ядро глобальной сети, объединяющее сети доступа в единую сеть Сети агрегирования трафика – агрегирую трафик от многочисленных сетей доступа для передачи данных в магистральной сети.
Только в крупных глобальных сетях.
Слайд 8
Структура телекоммуникационной сети Телекоммуникационная сеть (компьютерная, телефонная, телевизионная, радио, первичная) состоит из: Терминального оборудования пользователя Сетей доступа Магистральной сети Информационных центров – центров управления сервисами ( Service Control Point , SCP )
Слайд 9
Структура телекоммуникационной сети PBX – Private Branch Exchange – офисный телефонный коммутатор
Слайд 10
Сети операторов связи Услуги операторов связи: Телефонные услуги Услуги компьютерных сетей Комбинированные услуги ( IP- телефония) Услуги операторов связи: Транспортные (телефония) Информационные (веб) Операторы связи (провайдеры): Локальные операторы Региональные (национальные) Транснациональные Подключение клиентского оборудования к оборудованию операторов связи осуществляется в точках присутствия – Point of Present , POP
Слайд 11
Взаимодействие сетей операторов связи
Слайд 12
Корпоративные сети Корпоративная сеть поддерживает работу конкретного предприятия, пользователи – сотрудники этого предприятия.
Структура КС соответствует структуре телекоммуникационной сети. Отличия: структурные единицы сети не только по территории покрытия, но и по структуре самого предприятия. Сеть отдела Небольшая группа сотрудников, решающих общие задачи (бухгалтерия, маркетологи) Локальная сеть для разделения ресурсов – приложения, данные, принтеры Не делятся на подсети В составе файловый сервер Не более 30 пользователей В основе одна технология построения ЛВС ( Ethernet ) Один-два типа ОС Подключение к сети здания с помощью технологий ЛВС Если это сеть удаленного офиса, то подключается к магистральной сети с помощью технологии WAN
Слайд 13
Корпоративные сети. Сеть отдела
Слайд 14
Корпоративные сети Сеть рабочей группы Совсем маленькая сеть Однородные сети Технологии ЛВС на разделяемой среде Сеть здания (территории) Сеть здания объединяет сети отделов в пределах одного здания Сеть территории – объединение сетей одной территории Особенности: Иерархический принцип Собственная магистральная сеть на высокоскоростной технологии ЛВС Организует взаимодействие отделов доступ к общим ресурсам предприятия Доступ к корпоративным базам данных Типы ОС и железа в разных объединяемых сетях могут отличаться – появляется проблема интеграции
Слайд 15
Корпоративные сети.
Сеть территории
Слайд 16
Корпоративные сети . Сеть масштаба предприятия
Слайд 17
Корпоративные сети . Сеть масштаба предприятия
Типы средств передачи — GeeksforGeeks
В терминологии передачи данных среда передачи — это физический путь между передатчиком и приемником, т. е. канал, по которому данные передаются из одного места в другое. Среда передачи в целом подразделяется на следующие типы:
1. Управляемая среда: Его также называют проводной или ограниченной средой передачи. Передаваемые сигналы направляются и ограничиваются узким путем с помощью физических каналов.
Особенности:
- Высокая скорость
- Безопасный
- Используется для сравнительно коротких расстояний
Существует 3 основных типа направляющих сред:
(i) Витая пара, состоящая из 9 отдельно изолированных проводов – 0 0 намотаны друг на друга. Как правило, несколько таких пар объединяются в защитную оболочку.
Они являются наиболее широко используемыми средствами передачи. Витая пара бывает двух типов:
- Неэкранированная витая пара (UTP):
UTP состоит из двух изолированных медных проводов, скрученных друг вокруг друга. Этот тип кабеля обладает способностью блокировать помехи и не требует для этой цели физического экрана. Он используется для телефонных приложений.
Преимущества:
⇢ Наименее дорогой
⇢ Легко установить
⇢ Высокоскоростная мощность
Диссовые условия:
⇢ Обработанные к внешней. СТП
⇢ Передача на короткие расстояния из-за затухания
- Экранированная витая пара (STP):
Этот тип кабеля состоит из специальной оболочки (покрытие из медной оплетки или экран из фольги) для защиты от внешних помех. Он используется в Ethernet с высокой скоростью передачи данных, а также в каналах передачи голоса и данных телефонных линий.
Преимущества:
⇢ Лучшая производительность при более высокой скорости передачи данных по сравнению с UTP
⇢ Устраняет перекрестные помехи
⇢ Сравнительно быстрее
Недостатки:
⇢ Сравнительно трудно установить и изготовление
⇢ Более дорогой
⇢ громоздкий
(II) коаксиальный кабель —
. Он имеет пластик -пластик. из ПВХ или тефлона и 2 параллельных проводника, каждый из которых имеет отдельный изолированный защитный кожух. Коаксиальный кабель передает информацию в двух режимах: в режиме базовой полосы (выделенная полоса пропускания кабеля) и в широкополосном режиме (полоса пропускания кабеля разделена на отдельные диапазоны). Кабельное телевидение и сети аналогового телевидения широко используют коаксиальные кабели.
Advantages:
- High Bandwidth
- Better noise Immunity
- Easy to install and expand
- Inexpensive
Disadvantages:
- Single cable failure can disrupt the entire network
(iii) Волоконно-оптический кабель –
В нем используется концепция преломления света через сердечник из стекла или пластика.
Ядро окружено менее плотным стеклянным или пластиковым покрытием, называемым оболочкой. Используется для передачи больших объемов данных.
Кабель может быть однонаправленным или двунаправленным. WDM (мультиплексор с разделением по длине волны) поддерживает два режима, а именно однонаправленный и двунаправленный режим.
Advantages:
- Increased capacity and bandwidth
- Lightweight
- Less signal attenuation
- Immunity to electromagnetic interference
- Resistance to corrosive materials
Disadvantages:
- Сложность установки и обслуживания
- Высокая стоимость
- Хрупкость
(iv) Полосковая линия
Полосковая линия представляет собой среду поперечной электромагнитной (ТЕМ) линии передачи, изобретенную Робертом М. Барреттом из Кембриджского исследовательского центра ВВС США в 1950-е годы.
Полосковая линия — это самая ранняя форма плоской линии передачи. Он использует проводящий материал для передачи высокочастотных волн, его также называют волноводом. Этот проводящий материал зажат между двумя слоями заземляющего слоя, которые обычно замыкают накоротко для обеспечения устойчивости к электромагнитным помехам.
(v) Микрополосковая линия
При этом проводящий материал отделен от заземляющего слоя слоем диэлектрика.
2. Неуправляемая среда:
Также называется беспроводной или неограниченной средой передачи. Для передачи электромагнитных сигналов не требуется никакой физической среды.
Характеристики:
- Сигнал передается по воздуху
- Менее защищенный
- Используется для больших расстояний
Существует 3 типа сигналов, передаваемых через неуправляемые среды:
(i) Радиоволны –
Их легко генерировать, и они могут проникать сквозь здания.
Передающая и принимающая антенны не должны быть выровнены. Диапазон частот: 3 кГц – 1 ГГц. Радиоприемники AM и FM и беспроводные телефоны используют для передачи радиоволны.
Далее классифицируются как (i) наземные и (ii) спутниковые.
(ii) Микроволны –
Это передача в пределах прямой видимости, т. е. передающая и приемная антенны должны быть правильно выровнены друг с другом. Расстояние, пройденное сигналом, прямо пропорционально высоте антенны. Диапазон частот: 1 ГГц – 300 ГГц. Они в основном используются для мобильной связи и телевидения.
(iii) Инфракрасный –
Инфракрасные волны используются для связи на очень короткие расстояния. Они не могут проникать сквозь препятствия. Это предотвращает помехи между системами. Диапазон частот: 300 ГГц – 400 ТГц. Он используется в пультах дистанционного управления для телевизоров, беспроводной мыши, клавиатуре, принтере и т. д.
следующий → ← предыдущая
- Среда передачи — это канал связи, по которому информация передается от отправителя к получателю.
- Основной функцией среды передачи является передача информации в виде битов через LAN (локальная сеть).
- Это физический путь между передатчиком и приемником при передаче данных.
- В медной сети биты представляют собой электрические сигналы.
- В оптоволоконной сети биты имеют форму световых импульсов.
- На этапе OSI (взаимодействие открытых систем) среда передачи поддерживает уровень 1. Поэтому он считается компонентом уровня 1.
- Электрические сигналы могут передаваться по медному проводу, оптоволокну, атмосфере, воде и вакууму.
- Характеристики и качество передачи данных определяются характеристиками среды и сигнала.
- Среда передачи бывает двух типов: проводная и беспроводная. В проводных средах более важны характеристики среды, тогда как в беспроводных средах более важны характеристики сигнала.
- Различные среды передачи имеют разные свойства, такие как пропускная способность, задержка, стоимость и простота установки и обслуживания.
- Среда передачи доступна на самом низком уровне эталонной модели OSI, т. е. на физическом уровне .
При проектировании среды передачи необходимо учитывать некоторые факторы:
- Пропускная способность: Все факторы остаются постоянными, чем больше пропускная способность среды, тем выше скорость передачи данных сигнала.
- Ухудшение передачи: Когда полученный сигнал не идентичен переданному из-за ухудшения передачи. Качество сигналов будет нарушено из-за ухудшения передачи.
- Интерференция: Интерференция определяется как процесс нарушения сигнала при его прохождении через среду связи при добавлении какого-либо нежелательного сигнала.
Причины ухудшения передачи:
- Затухание: Затухание означает потерю энергии, т. е. сила сигнала уменьшается с увеличением расстояния, что вызывает потерю энергии.
- Искажение: Искажение возникает при изменении формы сигнала.
