Первая лекция:

24.02.12

История развития вычислительных сетей.

Первые сети стали появл. когда появились первые вычислительные машины.

История идеи объединения ЭВМ в сети появились не многим позже самих ЭВМ,

после того как ЭВМ показали свою эффективность в решении задач автоматизации и процесса сбора, обработки и хранения данных.

В середине 50-х годов 20в. встал вопрос о быстром обмене данными между различными исследовательскими центрами министерства обороны США. Первые успешные реализации меж машинного обмена данными относятся к началу 60-х годов

Речь шла лишь о межмашинном обмене, а не о полноценных сетях. До реализации связей “компьютер-компьютер” была решена задача “удаленный терминал-компьютер”.

Терминал – это конечный пункт вычислительной системы, предназначенный для доступа к этой вычислительной системе. Терминалы, находящиеся от компьютера на расстоянии от нескольких метрах до сотен километров связывались с ЭВМ по телефонным линиям связи с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных компьютеров класса “Супер ЭВМ”. Настоящее образование первых вычислительных сетей связано с 2 факторами:

1)Наличие удаленных терминалов.

2)Появление первых многозадачных ОС.

Появились центры телеобработки данных, по мере роста числа ЭВМ возникла острая необходимость в информационном обмене по принципу “каждый с каждым”, а так же все острее вставал вопрос использование 1 и того же терминала для работы с разнотипными ЭВМ.

В это же время появилось понятие стандартного протокола передачи данных, а так же понятие сетевого адреса.

Многозадачные ОС в отличии от многотерминальных позволяли не только рассредоточить пользователей но и организовать определенно хранение и обработку данных между несколькими компьютерами связанных линиями связи. Любая современная сетевая ОС с одной стороны выполняет все функции локальной ОС с другой стороны обладает дополнительными средствами, позволяющими ей взаимодействовать по сети с ОС других компьютеров. Программные модули, реализующие сетевые функции появились в ОС постепенно по мере развития сетевых технологий аппаратной базы компьютеров и возникновение новых задач требующих сетевой обработки. Хронологически первыми появились глобальные сети Wide Area Network(WAN) – сети, объединяющие территориально рассредоточенный компьютеры, находящиеся в разных городах и даже странах. Именно при построении глобальных сетей были предложены и отработаны многие основные идеи концепции современных вычислительных сетей. Впервые мысль о маршрутизации цифровых данных в крупных компьютерных сетях была высказана американцем Леонардом Клэйнерком в 1961 году. Через год появилось предложение о создании галактической сети Galactic Network. Данное предложение было высказано Джоном Ликлайдером – первым руководителем отдела компьютерных исследований министерства обороны США (DARPA).

В 1965 году Ларри Лобертс исследователь из лаборатории массасачусотского университета вперые организовал обмен пакетами данных между 2 ЭВМ.

В 1969г министерство обороны США инициировала работы по объединению в общую сеть обороны и исслед-их центров. Эта сеть получила название ARPANET и послужилаотправной точкой сети INTERNET. ARPANETобъединила компы разных типов работающих под управлением различных ОС с дополнительными модклями реализующими …

Кроме этого были разработаны средства обмена данными между компами в автоматическом режиме. В основе этого механизма были реализованы службы обмена файлами, электронной почты и др службы.

В 1974 году компания IBM объявила о создании собственной сетевой архитектуры получившее название SNAсистемная сетевая архитектура.для этого периода развития вычислительных сетей характерно, что большинство производителей комп. техники предлагали свои архитектуры. Это обстоятельство и послужила причиной для разработки общих стандартов отвечающих требованиям различных аппаратных платформ предназначенных для объединения ЭВМ в вычислительные сети.

В1976 году появился стандарт семейства протоколов х.25, определяющий метод передачи данных в систему коммутаций пакетов. Важность этого события обусловлена тем, что вплоть до массового распространения интернет именно сети, работающие по протоколу х.25 связывали ЭВМ в единое целое. Так же протокол х.25 был основой для технологий Frame Relay и ATM. К середине 70-х годов были реализованы сети с детерминированным и произвольным доступом. Наиболее перспективными в начале считались сети с детерминированным доступом (например, разработанная компанией IBM архитектура Token Ring). В 1973 году Боб Меткалф работающий в компании XEROX предложил для совместного использования принтеров предложил технологию эфирной сети ETHERNET. В 1976 году фирма XEROX запатентовала технологию ITHERNET. В 1979 году боб меткалф основал фирму 3Com. Эта фирма выпустила первый в мире серийный Ethernet адаптер для Aple. В 84 году был выпущен первый серийный адаптер для типа ISA.

В середине 80-х годов были утверждены и общепризнанны стандартные технологии локальных сетей ETHERNER, ARCNET, Token Ring и несколько позже FDDI.

Появление стандартов коммуникационных технологий для локальных сетей позволило обеспечить совместимость сетевых ОС, а так же стандартизировать взаимодействие с драйверами сетевых адаптеров. Сильным толчком в развитии локальных сетей послужило появление и бурный рост числа персональных компьютеров. Именно с появлением ПК локальные сети становятся по-настоящему массовыми, так же параллельно идет развитие сетевого программного обеспечения.

Первой ОС для ПК была MsDOS. Она не обладала встроенными модулями по работе в сети, для этого устанавливались дополнительные внешние модули. Вместе с версией MsDOS 3.1 в 1984 году компания Microsoft выпустила продукт Microsoft NETworks .

В отличие от Microsoft разработчики Novell изначально уделяли большое внимание созданию ОС со встроенными сетевыми функциями. Сетевые ОС NetWare фирмы Novell долгое время была эталоном производительности, надежности и защищенности для локальных сетей.

В 1987 году Microsoft и IBM создали первую многозадачную ОС для ПК с процессором Intel 80286 OS/2. Сетевые разработки привели к появлению NetBios, это очень популярный протокол прикладного уровня для локальных сетей нашедшего применение практически во всех ОС семейства Windows для ПК.

В 90-е годы практически все ОС занимаемые место на рынке стали сетевыми.

Сетевый функции сегодня встраиваются в ядро ОС и явл. неотъемлемой частью.

Ос получили средства для работы со всеми технологиями локальных сетей (Ethernet,

Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, ISDN, FDDI, ATM, X25)

С середины 80-х до конца 80-х годов отличительной особенностью стало то, что начали появляться готовые сетевые решения для внедрения.

В 1985 году независимым институтом инженеров и электроники (IEEE) принимается окончательный стандарт Ethernet на толстом коаксиальном кабеле шифр – IEEE802.3.

В 1989 году принимается стандарт на тонко коаксиальный кабель.

Параллельно с развитием стандарта Ethernet идет развитие стандарта Token Ring (маркерное кольцо)- разработчик компания IBM.

В 988 году данные сети позволяли передавать данные со скоростью от 4 до 16 Мбит/сек. Начало 90-х годов многие специалисты считали что мир сетей сформировался поскольку ведущие сетевые технологии, протоколы и подходы к созданию сети были отработаны. Основной причиной следующего этапа бурного роста сети стало появление и развитие сети Интернет (Internet). В самом начале 90-х годов стандарт IEEE802.3i определил как передавать пакеты Ethernet по витой паре (10Base-T) при этом появляются новые устройства Ethernet концентратор, что в сочетание с переходом к сетям витой паре позволило избавиться от принципиально не устойчивости на коаксиальном кабеле. Так же заметным событием начала 90-х было принятие стандарта IEEE892.1d вводившего понятие Ethernet моста, которые использовались для обеспечения взаимодействия между различными локальными сетями. Появляются коммутаторы и двухуровневые сети.

Стремительное укрупнение локальных сетей и как следствие копирование заростания.

Последующие развитие сетей было подчиненно 1 главной цели – повышение скорости передачи данных.

В 1992 году компания Grand Junction предложила схему позволяющую передавать данные со скоростью 100мбит/сек, при чем данная технология была полностью совместима с технологией Ethernet. Через 3 года была утверждена спецификация 100-Base X. Данная технология получила название Fast Ethernet. Компания Grand Junction была поглощена сетевым гигантом Cisco Systems.

Сразу после выхода fast Ethernet компания compac 3 сом заявили о возможности доведения скорости Ethernet до 1 Гбит/сек и использование такой технологии в качестве магистральной для сетей следующего поколения. В конце 90-х годов подкомитет IEEE802.3 утверждает нову спецификацию 1000Base-X со скорость передачи данных 1000Мбит/сек и получила название Gigabit Ethernet.

В 98 году принят стандарт Gigabit Ethernet IEEE 802.3x для работы по экранированной витой паре (1000Base-CX) и оптоволокно 100Base-SX.

Домашнее задание:

1)законспектировать историю развития беспроводных сетей(1 стр).

2)подготовиться к самостоятельной работе по теме история развития сетей.

3)доклад на тему: классификация компьютерных сетей (15 слайдов с чертежами и картинками).

История беспроводных сетей

Первые образцы беспроводного оборудования были созданы для диапазона 902—928 МГц. Типовой пример подобного оборудования — серия Aironet 1000 со скоростью передачи в канале от 215 до 860 кбит/с по технологии расширения спектра прямой последовательностью — DSSS. На максимальной скорости ширина спектра сигнала составляет около 19 МГц, и в полосе частот 26 МГц удается разместить только один частотный канал. При минимальной скорости 215 кбит/с ширина спектра сигнала около 5 МГц, что позволяет разместить в полосе частот, выделенной для передачи, пять неперекрывающихся частотных каналов (реально 12 перекрывающихся).

Скорости передачи в этом диапазоне, казалось бы, достаточны, чтобы удовлетворить многих пользователей. Однако следует иметь в виду, что речь идет о “технической” скорости передачи битов в физическом канале. Кроме информационной, сообщение должно содержать служебную часть. К тому же необходимо время для установления связи и синхронизации. Реальная скорость передачи информации, как правило, не превышает 70% технической. Следует также учитывать, что по технологии RadioEthernet общая среда передачи в каждый момент времени выделяется в монопольное использование только одному абоненту, т. е. пропускная способность сети для каждого абонента будет меньше 70% “технической” скорости в n раз (где n — количество абонентов). Так, при 10 одновременно работающих абонентах на каждого придется не более 60 кбит/с реальной пропускной способности. Это обстоятельство, а также использование диапазона другими радиосредствами (в частности, сетями сотовой связи GSM-900), создающими помехи сетям RadioEthernet, привело к тому, что беспроводные сети диапазона 902—928 МГц не получили широкого распространения.

Более удобным оказался диапазон 2400—2483,5 МГц — и по большей пропускной способности, и в смысле меньшего уровня помех от других радиосредств. Следует, правда, оговорить два обстоятельства. Во-первых, в ряде стран разрешено лишь частичное использование этого диапазона. Второе обстоятельство связано с величиной, эквивалентной изотропно излучаемой мощности (ЭИИМ) сигнала. Ограничения FCC, действующие в США, были перечислены выше. В Европе Институт стандартизации в области телекоммуникаций (ETSI) ограничил значение ЭИИМ 100 мВт (20 дБм). Оборудование выпускается исходя из этих ограничений. Если же ЭИИМ больше допустимой — необходимо специальное разрешение. Cитуация не отличается от имеющей место в России, где действует обобщенное решение ГКРЧ о разрешении использования диапазона на вторичной основе, но требуется регистрация оборудования в Госсвязьнадзоре. Принятие в России европейских ограничений существенно упростило бы жизнь операторам беспроводных сетей без какого-либо ущерба другим системам этого диапазона. Никому не приходит в голову требовать регистрации в Госсвязьнадзоре бытовых СВЧ-печей, излучающих паразитный сигнал не меньшей мощности, а беспроводное оборудование с такой же или даже меньшей ЭИИМ подлежит обязательной регистрации.

Вплоть до 1997 г. каждый изготовитель выпускал оборудование этого диапазона, не сдерживаемый практически никакими ограничениями, кроме частотно-энергетических. Беспроводным системам, однако, все еще недоставало важнейшего элемента - стандартов. Стандарты стабилизируют продукцию, сокращают расходы на исследования и разработки, что в конечном итоге приводит к снижению цены. Совместная работа изделий различных производителей тоже невозможна без стандартов, обеспечивающих совместимость продукции независимых компаний и организаций.

Еще с 1990 года, рабочая группа IEEE 802.11 сосредоточила усилия на разработке необходимых стандартов.

В запросе на разрешение проекта (Project Authorization Request - PAR), представленном IEEE в мае 1991 года для организации рабочей группы, говорится: "Цель предложенного стандарта (на беспроводные сети) - разработка спецификации для беспроводного соединения стационарных, портативных и мобильных станций локальной сети". И далее: "Стандарт предназначен для обеспечения беспроводного соединения автоматической аппаратуры и оборудования или станций для быстрого развертывания, которые могут быть и портативными, и переносными, и расположенными на мобильных объектах в пределах локальной области".

Последний черновой вариант стандарта был представлен в ноябре 1995. Представление в ISO произошло в марте 1996. Первые комплексные испытания - в марте 1996, окончательные комплексные испытания - в июле 1996.

Как и у других стандартов серии 802, главной функцией стандарта 802.11 является обеспечение работы устройств обслуживания передачи данных для доступа к среде передачи (MSDU) на уровне протокола управления логическим каналом. Иными словами, стандартизованное оборудование осуществит передачу пакетов данных между сетевыми платами без проводов.

ФИЗИЧЕСКИЕ и ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

НАЗНАЧЕНИЕ ФУНКЦИИ СЕТЕЙ

Под сетью передачи данных принято понимать совокупность множества узлов, объединенных между собой линиями связи (каналами передачи данных).

Компьютерная сеть – объединение компьютерных и периферийных устройств, а так же коммутационного оборудования с помощью каналов связи (проводных и беспроводных) для решения общих вычислительных задач.

ФУНКЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

СОВМЕСТНЫЙ ДОСТУП К ДАННЫМ

База данных, электронная документация, информационные ресурсы и другое

Совместный доступ к аппаратным и программным ресурсам сети

Периферийные Программы

Устройства общего назначения

ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Высокая скорость информационного обмена

Снижение затрат при использовании аппаратных и программных средств

Удаленный доступ к услугам и средствам

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ:

1. По способу коммуникации данных.

А) КС бывают с коммутацией каналов

Б) с коммутацией сообщений

В) с коммутацией пакетов

2. Территориальная удаленность узлов.

Коммутация данных – это передача данных в условиях, когда доступные физические каналы используются для отмены информации между различными узлами вычислительной сети. Альтернативой коммутативным каналом является выделенные каналы, постоянно подключенные к определенным узлам вычислительной сети.

в сетях с коммутацией каналов соединение 2 компьютеров сопровождается монопольным использованием канала передачи данных до тех пор, пока соединение не будет разорвано. Примером является соединение по телефонному каналу. Пользователь, инициирующий модемное соединение, дозванивается по установленному номеру телефона. Между пользователем коммутируется физический канал, по которому будут передаваться данные, причем на все время, пока установлено соединение, данный канал будет занят.

В сетях с коммутацией сообщений создание отдельного физического канала между узлами сети не обязательно. В этом случае формируется виртуальный канал, состоящий из различных физических участков, а передача сообщения ведется по свободному в данный момент участку сети. Принципиальным моментом в сетях с коммутацией сообщений является не делимость сообщения, под которым, понимается некоторые законченные порции, информации. Использование сети с коммутацией сообщений оправданы в тех случаях, когда сообщение имеет не большой размер и все пользователи в равной степени принимают ресурсы сети. Современные сети для передачи больших объемов данных используют коммутация пакетов. В сетях с коммутацией пакетов сообщения, так же передаются по виртуальному каналу, но предварительно делятся на пакеты при этом канал передачи данных занят только на время передачи пакетов.

ПРЕИМУЩЕСТВА:

1. Повышается скорость передачи данных в сетях сложной конфигурации за счет того, что возможно параллельная передача пакетов одного сообщения по разным участкам сети.

2. При появлении ошибки требуется повторная передача короткого пакета, а не всего сообщения.

3. Возможность ограничения размера пакетов позволяет использовать меньший объем буферной памяти в промежуточных узлах на маршрутах передачи данных в сети.

5

4

3

2

1

4,5 4,5

Фиксированные каналы

1,2

И сточник сообщения 1,2,3 1,2 получатель

3

3

В сетях с коммутацией пакетов возможны 2 режима работы:

1. Установление виртуального соединения

2. передача дейтаграмм

дейтаграмма – это часть сообщения, передаваемая не зависимо, от других частей одного и того же сообщения в компьютерных сетях.

В режиме виртуального соединения принимающий узел подтверждает прием каждого пакета, в случае если 1 пакет не получен или передан не правильно, осуществляется его повторная передача. На время передачи между узлами коммутируется виртуальный канал. В режиме передачи дейтаграмм принимающий узел подтверждает получение сообщения в целом. Виртуальное соединение не устанавливается.

Классификация сетей по территориальной удаленности узлов.

Вычислительные сети (ВС)

Локальные (LAN)

Территориально распределенные (WAN)

Городская сеть (MAN)

Глобальная сеть (WAN)

кампусная сеть (CAN)

Персональная сеть

(PAN)

• Локальная сеть (Local area network) локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку — около шести миль (10 км) в радиусе. Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Объединяет компьютеры 1 организации 1 фирмы или организации.

Территориально распределенные сети (Wide area network WAN) – сеть связывающая географически удаленные друг от друга компьютеры и сетевые сегменты, в том числе локальные сети. Территориально распределенные сети в зависимости от размеров и решаемых задач делятся на несколько подвидов:

Корпоративная компьютерная сеть – это сеть объединяющая локальные сети отдельного предприятия, как правило, очень большого, кроме этого к этому типу сетей можно отнести специализированные сети. Например, банковские сети, сети продажи билетов и т д.

Городские ( Metropolitan area network) – это территориально распределенная сеть, которая обычно покрывает область одного города от нескольких километров до десятков километров. Стандарт IEEE802.6, отдельно занимается разработкой стандартов для этого вида сете.

Региональная сеть – сеть объединяющая компьютеры расположенных на значительном расстоянии друг от друга например, области, региона, отдельных стран или группы стран.

Глобальная вычислительная сеть (Global area network GAN) – объединяет компьютеры расположенные в разных странах и на разных континентах в пределах всей планеты. Характерной чертой глобальной сети является отсутствие единого управляющего центра.

Современные территориально распределенные сети образуются результате межсетевого объединения сетей ниже стоящих уровней. Например, локальные сети образуют городские, городские – региональные, региональные – глобальные.

Компоненты локальной вычислительной сети

Компоненты локальной ВС

Среда

Среда передачи данных Передачи данных

сервер Рабочие станции

1)Абонентные системы (серверы, рабочие станции, клиенты, узлы(

Периферийные устройства

2)Коммуникационное сетевой оборудование – сетевые карты (адаптеры), концентраторы и коммутаторы HUBы и SWITCH, мосты, маршрутизаторы, устройства приема и передачи данных в беспроводных сетях.

3) среда передачи данных, кабельные каналы или беспроводные технологии.

Основными компонентами программными компьютерной сети являются:

1. Сетевые ОС: Windows NT, Windows for Workgroups, LANtastic, NetWare, Unix, Linux и т.д.

2. Сетевое ПО и сетевые службы: клиент сети, сетевая карта, протокол, служба удаленного доступа.

ЛВС (Локальная вычислительная сеть) - это совокупность компьютеров, каналов связи, сетевых адаптеров, работающих под управлением сетевой ОС и сетевого ПО.

Рабочая станция Work Station – это абонентская система, специализированная для решения определенных задач и использующая сетевые ресурсы.

Методы доступа в физической среде передачи данных.

Методы доступа к сети. Классификация метолов доступа.

При использовании одной линии передачи данных несколькими абонентами возникает проблема раздельного подключения к этой среде или доступа к ней. Для решения данной задачи разработано большое число методов, определяющих строгие правила доступа к разделяемой среде передачи данных. Выделяют следующие основные группы методов:

1. Селективные методы

2. Методы, основанные на принципе соперничества.

3. Методы с резервированием времени

4. Кольцевые методы.

В методах с резервированием времени любая станция осуществляет передачу данных, осуществляет передачу только в тех интервалах времени, которая заранее выделено для нее.

В кольцевых методах, например в методах со вставкой регистров доступ осуществляется следующим образом: в нормальном состоянии регистр отключен от кольца. Если регистр свободен, то в него загружается пакет данных и ожидается межпакетный промежуток. При появлении свободного промежутка регистр включается в кольцо и его содержимое передается в линию. Каждая станция распознает предназначенные ей пакеты и считывает их в свой регистр.

По способу доступа различают методы со случайным и детерминированным доступом. Методы со случайным доступом основаны на соперничестве. Они строятся с учетом возможности возникновения конфликтов и определят способы их разрешения. Методы устойчивые к отказам сетевого оборудования, но не гарантируют быстрый доступ. К методам с детерминированным доступом относятся селективные и кольцевые методы. Эти методы определяют четкий порядок представления доступа абонентам сети и практически исключают конфликты. По используемому принципу управления методы доступа к среде передачи подразделяются на централизованные и децентрализованные. В централизованных методах все управление доступом сосредоточено в 1 узле. Центральный узел всегда имеет возможность представить право на передачу только 1 абоненту. Поэтому отсутствие конфликтов является достоинством этих методов. Однако здесь не возможно реагировать оперативно на все события сети поэтому возможны частичные отказы в доступе.

В децентрализованных методах центр управления отсутствует управление доступом полностью предоставляется абонентам сети. Достоинствами данных методов относят высокую устойчивость к отказам и большую гибкость.

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ДОСТУПА К РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СРЕДЕ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ.

Коллективный доступ с опознаванием несущей и обнаружением коллизий . Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMACD) – коллективный или множественный доступ означает, что сразу несколько станций могут одновременно начать передачу данных. Прежде чем начать передачу данных необходимо убедиться что линия связи не занята другими станциями.

Когда станция готова начать передачу данных она проверят состояние линии связи. Может получиться так что линию прослушивает несколько станций и не обнаружив сигналов они одновременно начинают передачу в результате происходит коллизия т е столкновение сигналов. Во время коллизии происходит сложение сигналов в результате чего станция не может выделить и принять нужный сигнал. Данный метод относится к децентрализованного случайного доступа основанный на принципах соперничества

ПЛС

ПЛС

ПЕРЕДАЧА

передача

С танция 1

Передача

ПЛС

ПЛС

С танция 2 передача

Передача С2

Передача С3

коллизия

Передача С1

Л иния связи пауза пауза пауза

ПЛС – ОЖ - ПЛС

передача

С танция 3