в чем заключаются преимущества объединения компьютеров в вычислительные сети
Компьютерные сети. Определение, преимущества сетевого объединения компьютеров. Классификация по способу организации
Практически сразу после появления ЭВМ возник вопрос о налаживании взаимодействия компьютеров друг с другом, чтобы более эффективно обрабатывать информацию, использовать программные и аппаратные ресурсы. Сеть (Network)— это группа компьютеров и/или других устройств, каким-либо способом соединенных для обмена информацией и совместного использования ресурсов.
Рис. 4. Простейшая сеть: несколько компьютеров и общий принтер
Ресурсы — это программы, файлы данных, а также принтеры и другие, совместно используемые периферийные устройства в сети.
Главной целью объединения компьютеров в сеть является предоставление пользователям возможности доступа к различным информационным ресурсам (например, документам, программам, базам данных и т.д.), распределенным по этим компьютерам и их совместного использования.
Преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров:
1. Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.
2. Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации
3. Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.
4. Разделение ресурсов процессора. При разделение ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.
5. Многопользовательский режим. Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.
16. Классификация компьютерных сетей по территориальной распространенности, по скорости передачи информации, по типу среды передачи.
Компьютерная сеть- это система, состоящая из двух и более разнесенных в пространстве компьютеров, объединенных каналами связи, и обеспечивающая распределенную обработку данных.
Компьютерные сети можно классифицировать по различным признакам.
По охвату территории:
2. Корпоративная сеть (в пределах находятся в пределах одной организации, фирмы, завода). Количество узлов в КВС может достигать нескольких сотен. При этом в состав корпоративной сети обычно входят не только персональные компьютеры, но и мощные ЭВМ, а также различное технологическое оборудование (роботы, сборочные линии и т.п.).
Корпоративная сеть позволяет облегчить руководство предприятием и управление технологическим процессом, установить четкий контроль за информационными и производственными ресурсами.
По скорости передачи информации:
Низкоскоростные- это те, скорость передачи информации которых составляет до 10 Мбит/с.
По типу среды передачи:
Перечислим основные преимущества, получаемые при сетевом объединении компьютеров
1. Разделение ресурсов позволяет эффективно использовать вычислительные возможности компьютеров, объединенных в сеть. Так,решение одной сложнейшей задачи может осуществляться нескольким компьютерами одновременно. При этом ресурсы памяти, мощности процессоров и периферийных устройств могут быть распределены наиболее эффективным образом среди всех систем, входящих в сеть.
2. Разделение данных предполагает возможность доступа к одной или нескольким базам данных для всех компьютеров сети. При этом,как правило, реализуется определенная модель управления данными, разграничивающая уровни доступа к информационным ресурсам.
3. Использование сетевых технологий позволяет повысить надежность информационной системы и обеспечить ее работоспособность, даже в случае выхода из строя отдельного сегмента сети.
4. Снижение стоимости обработки информации.
5. Сетевые технологии позволяют использовать принципиально новые возможности и технологии, не существовавшие ранее, например, системы электронного документооборота, технологии элек-
тронной почты, видеоконференции и др.
Комплекс технических средств любой вычислительной сети включает в себя компьютеры и системы передачи данных. Системы передачи данных состоят из приемо-передающих устройств (моде-
мы, сетевые карты, концентраторы и др.) и коммуникационных каналов.
Многообразие вычислительных сетей позволяет классифицировать их по различным критериям. Одной из важнейших характеристик сети является ее топологическая структура, то есть конфигурация физических соединений, узлов и компонентов сети. Тип топологии определяет производительность и надежность сети, влияет на эффективность ее функционирования.
При передаче данных в сети передающее устройство одного компьютера (например, модем или сетевая карта) преобразует информацию в сигнал, который может быть передан по каналу связи
(телефонная линия, оптическое волокно, радиосвязь или др.). На принимающей стороне приемное устройство преобразует полученный сигнал в исходную форму.
С точки зрения организации управления существует два видасетей: централизованные и децентрализованные. При централизованном управлении обработка и хранение информации осуществ-
ляются на специальном компьютере «файл-сервере» (архитектуратакого построения системы распределенной обработки данных также имеет название «файл-сервер»). Рабочие станции (компьютеры
пользователей) передают данные для обработки на файл-сервер,который предоставляет им уже обработанную информацию. Данный подход часто используется при необходимости централизации
и концентрации информационных ресурсов в едином узле сети.
Преимуществами централизованной организации управления являются:
• относительно небольшие затраты на реализацию;
• лучший контроль за информацией и программами;
• высокий уровень безопасности;
• отсутствие дублирования данных и операций по их обработке;
К недостаткам относятся сложность эксплуатации, значительно меньшая гибкость и, как следствие, большая вероятность того,что централизованная система не будет удовлетворять требования всех пользователей.
Многие из этих недостатков устраняются децентрализованными системами (системами, построенными по архитектуре «клиент-сервер»), в которых данные могут храниться и обрабатываться на различных ком-
пьютерах. Такие сети не содержат в своем составе специально выделенных серверов: функции управления передаются от одной рабочей станции к другой. Основным недостатком децентрализованных систем (сис-
тем «клиент-сервер») являются сложность контроля за данными, находящимися в разных узлах сети, сложность координации всех рабочих станций, а также высокая стоимость внедрения.
Глобальная сеть Интернет основана на распределенной технологии обработки данных по архитектуре «клиент-сервер» и в общем смысле представляет собой совокупность взаимосвязанных локальных сетей, между которыми возможен обмен информацией по протоколу передачи данных TCР/IР (Transmission Control Рrotocol/Internet Рrotocol). Под таким протоколом понимается набор технических правил и процедур, который создавался для реализации обмена информацией между разнородными сетями.
В настоящее время к сети Интернет подключены практически все страны мира. Сеть имеет децентрализованную структуру, то есть в ней не существует единого централизованного управляющего ор-
гана (существуют только национальные и международные ее сегменты, каждый из которых управляется своей администрацией). По разным оценкам в настоящее время мировое Интернет-сообщество объединяет 2,300 млн. пользователей(данные на конец 2011г), из которых регулярная аудитория российских пользователей составляет примерно 60 млн.человек.
Проблемы объединения нескольких компьютеров. Топология сети. Базовые топологии, их преимущества и недостатки.
Проблемы объединения нескольких компьютеров. Топология сети
Как только компьютеров становится больше двух, возникает проблема выбора конфигурации физических связей или топологии. Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы, мосты, коммутаторы), а ребрам — электрические и информационные связи между ними. Компьютеры, подключенные к сети, часто называют станциями или узлами сети.
Число возможных конфигураций резко возрастает при увеличении числа связываемых устройств. Так, если три компьютера мы можем связать двумя способами, то для четырех компьютеров (рисунок 7) можно предложить уже шесть топологически различных конфигураций (при условии неразличимости компьютеров).
Мы можем соединять каждый компьютер с каждым или же связывать их последовательно, предполагая, что они будут общаться, передавая друг другу сообщения «транзитом». При этом транзитные узлы должны быть оснащены специальными средствами, позволяющими выполнять эту специфическую посредническую операцию. В роли транзитного узла может выступать как универсальный компьютер, так и специализированное устройство. 
От выбора топологии связей зависят многие характеристики сети. Например, наличие между узлами нескольких путей повышает надежность сети и делает возможной балансировку загрузки отдельных каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.
Среди множества возможных конфигураций различают полносвязные и неполносвязные топологии:
Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети.
Ячеистая топология получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей (рисунок 9). В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей. 
Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа «звезда» (рисунок 12). Получаемую в результате структуру называют также деревом. В настоящее время дерево является самым распространенным типом топологии связей, как в локальных, так и в глобальных сетях.
Особым частным случаем конфигурации звезда является конфигурация «общая шина» (рисунок 13). Здесь в роли центрального элемента выступает пассивный кабель, к которому по схеме «монтажного ИЛИ» подключается несколько компьютеров (такую же топологию имеют многие сети, использующие беспроводную связь — роль общей шины здесь играет общая радиосреда). 
Передаваемая информация распространяется по кабелю и доступна одновременно всем присоединенным к нему компьютерам. Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. 
Рисунок 13 — Топология «общая шина»
Рисунок 5 – Сеть с топологией «звезда-шина»
Звезда-кольцо (star-ring) кажется несколько похожей на «звезду-шину», что показано на рисунке 6. И в той, и в другой топологии компьютеры подключены к концентратору, который фактически и формирует кольцо или шину. Отличие в том, что концентраторы в звезде-шине соединены магистральной линейной шиной, а в звезде-кольце на основе главного концентратора они образуют звезду.
Рисунок 6 – Сеть с топологией «звезда-кольцо»
Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа «звезда». Получаемую в результате структуру называют также деревом. В настоящее время дерево является самым распространенным типом топологии связей, как в локальных, так и в глобальных сетях.
В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию — «звезда», «кольцо» или «общая шина», для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией (рисунок 14). 
Рисунок 14 — Смешанная топология
Основные характеристики базовых топологий локальных вычислительных сетей находятся в таблице 1.
Таблица 1 – Основные характеристики топологий ЛВС
В чем заключаются преимущества объединения компьютеров в вычислительные сети
Предпосылки создания компьютерных сетей
С момента появления ЭВМ возник вопрос о передаче данных между отдельными компьютерами и рациональном распределении ресурсов ЭВМ.
Первые ЭВМ были очень сложны в эксплуатации и имели дорогостоящие аппаратные компоненты, отсутствовали единые стандарты построения ЭВМ. С развитием аппаратной и программной базы компьютеров, совершенствовались и сетевые технологии. Сначала были созданы системы передачи данных первоначально в коммерческих, военных и научных целях, затем сфера применения сетей расширилась.
В настоящее время использование компьютерных сетей является неотъемлемой частью нашей жизни, область их применения охватывает все сферы человеческой деятельности.
Под компьютерной сетью мы будем понимать любое множество ЭВМ, связанных между собой средствами передачи данных (средствами телекоммуникаций).
История возникновения и развития компьютерных сетей
Развитие компьютерных сетей связано как с развитием собственно ЭВМ, входящих в состав сети, так и с развитием средств телекоммуникаций.
Работы по созданию компьютерных сетей начались ещё в 60-х годах ХХ века. Прообразом компьютерных сетей явились системы телеобработки данных (СТД), построенные на базе больших (а позже и миниЭВМ).
В качестве средств передачи данных использовалась существующая телефонная сеть. Основными элементами СТД являются модемы, абонентские пункты и устройства коммутации. Система СТД оперировала только аналоговыми сигналами.
Основным недостатком СТД является невысокое быстродействие (9600 бит/с, реально 2400 бит/с). Поэтому одним из направлений совершенствования СТД явилась разработка цифровых телефонных коммутаторов.
Вторым существенным недостатком СТД является возможность передачи данных по каналу связи в один и тот же момент времени только с одной скоростью. Этот недостаток был преодолен использованием впервые в 70-х годах в США коммуникаций кабельного телевидения, позволяющих вести широкополосную передачу (ШП).
Третьим направлением перехода к сетям была разработка высокоскоростных шин для обеспечения взаимодействия нескольких больших ЭВМ.
Четвёртым направлением развития сетей была реализация распределённой обработки данных.
К середине 80-х годов, с появлением ПЭВМ все отмеченные тенденции развития сетей
стали сближаться, что привело к разработке современных компьютерных сетей.
Преимущества использования компьютерных сетей
Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров.
Разделение ресурсов
Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.
Разделение данных
Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации
Разделение программных средств
Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.
Разделение ресурсов процессора
При разделение ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.
Многопользовательский режим
Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.
7.2. Классификация компьютерных сетей
Искусственные и реальные сети
Территориальная распространенность
Ведомственная принадлежность
Скорость передачи информации
По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.
Для определения скорости передачи данных в сети широко используется бод.
Бод (Baud) – единица скорости передачи сигнала, измеряемая числом дискретных переходов или событий в секунду. Если каждое событие представляет собой один бит, бод эквивалентен бит/сек (в реальных коммуникациях это зачастую не выполняется).
Тип среды передачи информации
По типу среды передачи сети разделяются на:
проводные коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные
беспроводные с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.
Топология компьютерных сетей
Способ соединения компьютеров в сеть называется её топологией.
Наиболее распространенные виды топологий сетей:
Линейная сеть
Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами.
Кольцевая сеть
Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви.
Звездообразная сеть 
Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.
Общая шина 
В этом случае подключение и обмен данными производится через общий канал связи, называемый общей шиной.
Древовидная сеть
Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь.
Ячеистая сеть 
Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними.
Полносвязная сеть
Сеть, в которой имеется ветвь между любыми двумя узлами.
Одноранговые и иерархические сети
С точки зрения организации взаимодействия компьютеров, сети делят на одноранговые (Peer-to-Peer Network) и с выделенным сервером (Dedicated Server Network).
7.3. Организация компьютерных сетей
Требования к организации сети.
Модель OSI.
Компоненты компьютерной сети.
Передача данных в сети.
Архитектура сети.
Требования к организации сети
Основными требованиями, которым должна удовлетворять организация ИВС, являются следующие:
Уровень 1. Физический.
На физическом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Физическая связь и неразрывная с ней эксплуатационная готовность являются основной функцией 1-го уровня. Стандарты физического уровня включают рекомендации V.24 МККТТ (CCITT), EIA rS232 и Х.21. Стандарт ISDN ( Integrated Services Digital Network) в будущем сыграет определяющую роль для функций передачи данных. В качестве среды передачи данных используют трехжильный медный провод (экранированная витая пара), коаксиальный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейную линию.
Уровень 2. Канальный.
Канальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уровнем, так называемые «кадры», последовательности кадров. На этом уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.
Уровень 4. Транспортный.
Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами. Качество транспортировки, безошибочность передачи, независимость вычислительных сетей, сервис транспортировки из конца в конец, минимизация затрат и адресация связи гарантируют непрерывную и безошибочную передачу данных.
Уровень 5. Сеансовый.
Сеансовый уровень координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу, имеющихся в распоряжении данных. Кроме того, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях.
Уровень 6. Представления данных.
Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных; а также подготовки данных для пользовательского прикладного уровня. На этом уровне происходит преобразование данных из кадров, используемых для передачи данных в экранный формат или формат для печатающих устройств оконечной системы.
Уровень 7. Прикладной.
В прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей уже переработанную информацию. С этим может справиться системное и пользовательское прикладное программное обеспечение.
Компоненты компьютерной сети
Для организации компьютерной сети необходимо наличие:
Сетевое ПО
Сетевое программное обеспечение состоит из двух важнейших компонентов:
1) Сетевого программного обеспечения, устанавливаемого на компьютерах-клиентах.
2) Сетевого программного обеспечения, устанавливаемого на компьютерах-серверах.
Сетевая операционная система связывает все компьютеры и периферийные устройства в сети, координирует функции всех компьютеров и периферийных устройств в сети, обеспечивает защищённый доступ к данным и периферийным устройствам в сети.
Примеры сетевых ОС:
Netware 3.11, Nowell Inc.
LAN Server, IВМ Согр.
VINES 5.52, Banyan System Inc.
windows NT Advanced Server 4.0, windows 2k
Unix, Linux, FreeBSD
Основные характеристики маршрутизатора:
Передача данных в сети
Для передачи информации по коммуникационным линиям данные преобразуются в цепочку следующих друг за другом битов (двоичное кодирование с помощью двух состояний:»0″ и «1»).
При передаче данных их разделяют на отдельные пакеты, передающиеся последовательно друг за другом.
Пакет включает в себя: адрес отправителя, адрес получателя, данные, контрольный бит.
Для правильной и, следовательно, полной и безошибочной передачи данных необходимо придерживаться согласованных и установленных правил. Все они оговорены в протоколе передачи данных.
Протокол передачи данных требует следующей информации:
Архитектура сети определяет технологию передачи данных в сети.
Наиболее распространены следующие архитектуры:
Принципы работы сети Ethernet:
Принципы работы сети Token ring:
Каждый абонент сети работает в Token ring согласно принципу «Ждать маркера, если необходимо послать сообщение, присоединить его к маркеру, когда он будет проходить мимо. Если проходит маркер, снять с него сообщение и послать маркер дальше».
Достоинства Token ring:
Недостатки Token ring: