Информатика

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.