Компьютерные сети. Назначение, характеристики и типы сетей

Компьютерная сеть — это совокупность узлов (компьютеров, терминалов, периферийных устройств: сетевых дисков и принтеров), имеющих возможность информационного взаимодействия друг с другом с помощью специального коммуникационного оборудования (специальная сетевая карта, осуществляющая связь между системной шиной компьютера и сетевым кабелем) и программного обеспечения (сетевая операционная система).

Основное назначение компьютерных сетей — это совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи (режим реального времени, обратная связь).

Использование компьютерных сетей позволяет:

а) повысить эффективность работы;

б) снизить затраты за счет совместного использования данных, дорогостоящих периферийных устройств и программных средств (приложений).

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

Основные характеристики компьютерных сетей

Операционные возможности сети характеризуются такими условиями, как:

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

− удаленный ввод заданий;

− передача файлов между узлами сети;

− доступы к удаленным файлам;

− выдача справок об информационных и программных ресурсах;

− распределенная обработка данных на нескольких ЭВМ и т. д.

Временные характеристики сети определяют продолжительность обслуживания запросов пользователей:

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

− среднее время обслуживания.

Надежностные характеристики определяют надежность, как отдельных элементов сети, так и сеть в целом:

− время безотказной работы;

− частота отказов и т. д.

Производительность характеризуется:

– пропускная способность сети — скорость передачи данных;

– количество обрабатываемых данных;

– количество пользователей.

Стоимость оборудования и программного обеспечения.

Типы сетей

По широте охвата принято деление сетей на несколько типов.

Локальные сети (Local Area Networks LAN) — сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в одном помещении). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Из-за коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования высококачественных линий связи. Локальные сети получили широкое распространение из-за небольшой сложности и невысокой стоимости. Они используются при автоматизации коммерческой, банковской деятельности, а также для создания распределенных, управляющих и информационно-справочных систем.

Особенности локальных сетей:

– самая высокая скорость передачи данных;

– малое количество компьютеров в сети;

– ограниченное количество ресурсов и серверов.

Глобальные сети (Wide Area Networks WAN) — объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Как правило, глобальные сети принадлежат автономным организациям, таким как корпорации или правительства. Обычно скорость канала, которую обеспечивают глобальные сети между локальными сетями, ниже скорости внутри локальной сети.

Особенности глобальных сетей:

– невысокая скорость передачи данных;

– максимальное количество компьютеров в сети;

– максимальное количество ресурсов и серверов.

Компоненты сети

Маршрут, по которому сообщение идет от источника к месту назначения, может быть простым, как, например, один кабель, соединяющий один компьютер с другим, или сложным, как сеть, буквально охватывающая весь мир. Сетевая инфраструктура — это платформа, поддерживающая конкретную сеть, которая выполняет функцию стабильного и надежного канала для передачи данных.

Устройства и среда передачи данных — это физические элементы или аппаратное обеспечение сети. Аппаратное обеспечение зачастую является видимой частью сетевой платформы — ноутбук, ПК, коммутатор, маршрутизатор, точка беспроводного доступа или кабели, используемые для соединения устройств. Однако существуют компоненты, которые остаются скрытыми. В случае беспроводных сетей сообщения передаются с помощью незримого радиочастотного или инфракрасного излучения.

Компоненты сети используются для предоставления сервисов и процессов. Они представляют собой коммуникационные программы, называемые программным обеспечением, которые запускаются на сетевых устройствах. Сетевой сервис предоставляет данные в ответ на запрос. Сервисы включают в себя множество сетевых приложений, которые люди используют ежедневно, например, сервисы электронной почты и веб-хостинга. Процессы обеспечивают функциональность, посредством которой сообщения направляются и перемещаются в пределах сети. Процессы менее очевидны для нас, но критически важны для работы сетей.

Конечные устройства

Сетевые устройства, с которыми пользователи знакомы лучше всего, называются конечными устройствами. Все компьютеры, подключенные к сети и непосредственно участвующие в обмене данными, считаются узлами. Эти устройства образуют интерфейс между пользователями и сетью связи.

Примеры конечных устройств:

– ЭВМ (компьютеры, ноутбуки, веб-серверы);

– сетевые принтеры и диски;

– VoIP-телефоны;

– терминальные устройства;

– камеры видеонаблюдения;

– мобильные карманные устройства (смартфоны, планшетные ПК, КПК);

– датчики, например, термометры, весы и другие устройства, подключаемые к сети;

– исполнительные механизмы, как составляющие «умных вещей».

Конечное устройство — это источник или место назначения данных, передаваемых по сети. Каждому конечному устройству в сети назначается адрес, чтобы устройства можно было отличить. Если конечное устройство инициирует обмен данными, то в качестве получателя сообщения оно использует адрес конечного устройства назначения.

В сетях выделяют два обобщённых типа конечных устройств.

Сервер — это конечное устройство, на котором установлено ПО, позволяющее ему предоставлять информацию, в том числе сообщения электронной почты или веб-страницы, другим конечным устройствам в сети. Например, для работы веб-служб в сети на сервере должно быть установлено ПО веб-сервера.

Рисунок 4 – Сервер хранения данных.

Клиент — это конечное устройство, на котором установлено ПО, позволяющее запрашивать и отображать информацию, полученную от сервера. Примером клиентского программного обеспечения является веб-браузер, например Internet Explorer (см. рисунок 5).

Рисунок 5 – Примеры клиентских устройств.

В настоящее время существует много новых типов конечных устройств, которые собирают и передают данные, они являются важнейшими составляющими Интернета Вещей.

Датчик — это объект, который может измерять физические свойства и преобразовывать эту информацию в электрический или оптический сигнал. Например, датчики могут измерять температуру, вес, движение, давление и влагу.

Как правило, датчики поставляются с заранее запрограммированными инструкциями; впрочем, в некоторых датчиках можно изменить степень чувствительности или частоту отчетности. Настройки чувствительности указывают степень изменения выходных данных датчика при колебаниях измеряемой величины. Например, датчик движения можно откалибровать таким образом, чтобы он замечал только движения людей, не обращая внимания на домашних животных. Для изменения параметров датчика как локально, так и удаленно используется контроллер, который может быть оснащен графическим пользовательским интерфейсом (GUI).

Исполнительный механизм — это другое устройство, которое реализовано в рамках Интернета Вещей. Это базовый двигатель, который можно использовать для активации или контроля механизма или системы, исходя из имеющихся инструкций. Исполнительные механизмы выполняют непосредственное физическое действие, стоящее за понятием «привести в движение».

В Интернете Вещей используются три типа исполнительных механизмов:

– гидравлический — использует давление жидкости для выполнения механического движения;

– пневматический — использует сжатый под высоким давлением воздух для инициирования механического действия;

– электрический — работает благодаря электродвигателю, который преобразует электроэнергию в механические действия.

Вне зависимости от того, как исполнительный механизм инициирует движение, его базовая функция заключается в получении сигнала, исходя из которого он выполняет какое-либо действие. Как правило, исполнительные механизмы не способны обрабатывать данные. Скорее, результат выполняемого механизмом действия зависит от полученного сигнала. Действие, выполняемое механизмом, обычно инициируется сигналом со стороны контроллера.