МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ
ГАПОУ СО «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ»
Специальность: 09.02.06 Сетевое и системное
администрирование
Оценка___________________
ДОПУСК К ЗАЩИТЕ
И.о. старшего методиста
_________________Г.Д. Халимова
подпись
«_____»_______________2022 г.
Курсовая работа
по МДК.01.02 Организация, принципы построения и функционирования
компьютерных сетей
Тема: «Технические средства организации и поддержания
информационного обмена в компьютерный сетях»
Руководитель: преподаватель
_____________ Гребнев Н.Н.
подпись
« ______» ____________2022 г.
Обучающийся группы: СА-21-01
_____________Вялов Н.С.
подпись
«______» ____________2022 г.
г. Самара
2022 г.
1
Содержание
Введение ...................................................................................................................................................... 3
Глава 1 – Компьютерные сети и информационный обмен .................................................................. 4
1.1 – Компьютерные сети .................................................................................................................... 4
1.2 - Модель пакетной обработки компьютерных задач .............................................................. 9
1.3 - механизм пакетной обработки вычислительных задач .....................................................10
1.4 - схема построения мультитерминального вычислительного центра ..............................11
1.5 – Информационный обмен .........................................................................................................13
Глава 2 – Информационный обмен на практике..................................................................................18
2.1 – Информационный обмен в Локальной сети ........................................................................18
Заключение ...............................................................................................................................................19
Список используемых источников .........................................................................................................20
2
Введение
Тема исследования: Технические средства организации и поддержании
информационного обмена в компьютерных сетях
Актуальность исследования: Зачастую люди, которые начинают изучать
компьютерные сети сталкиваются с большим количеством информации по
данной теме и из за этого бывает проблематично изучать материал, что приводит
к долгому поиску конкретной информации среди всего ненужного.
Проблема исследования: Долгое и сложное изучение темы из-за
большого количества информации.
Цель исследования: Обобщение всех данных для более легкого изучения
данной темы и наглядная демонстрация Информационного обмена
Задачи исследования:
1. Изучить основы Компьютерных сетей
2. Изучить Информационный обмен в ЛС и ГС
3. Продемонстрировать информационный обмен в Локальной сети
4. Продемонстрировать информационный обмен в Глобальной сети
Предмет исследования: Информационный обмен в Cisco Packet Tracer
Гипотеза
исследования:
Наглядно
показать
как
работает
Информационный обмен в Локальных и Глобальных сетях.
Теоретическая значимость: Результаты исследования помогут узнать
человеку изучающего компьютерные сети как работает Информационный обмен
Методы
исследования:
анализ,
синтез,
обобщение
справочной
информации из интернета. Структура работы соответствует логике исследования
и включает в себя введение, теоретическую часть, практическую часть,
заключение, список источников из литературы, приложений.
3
Глава 1 – Компьютерные сети и информационный обмен
1.1 – Компьютерные сети
Компьютерные сети являются основным инструментом, используемым
в качестве основы для построения современных информационных технологий,
используемых
в
управлении.
Компьютерные
сети
-
это
результат
компьютерных технологий и телекоммуникаций. С одной стороны, сети
передачи данных - это особый случай распределенных компьютерных систем,
в
которых
группа
компьютеров
последовательно
выполняет
набор
взаимосвязанных задач, обмениваясь данными автоматическим способом; с
другой стороны, компьютерные сети можно рассматривать как средство
передачи информации на большие расстояния с использованием методов
кодирования и мультиплексирования данных, разработанных в различных
телекоммуникационных
системах
и
технологиях
передачи
данных.
Следовательно, это должно быть четко понято:
1) компьютерная сеть - это совокупность компьютеров, соединенных
системой связи и оснащенных соответствующим программным обеспечением,
которое позволяет пользователям сети получать доступ к ресурсам этой
совокупности компьютеров;
2) компьютерная сеть состоит из компьютеров разных типов —
небольших микропроцессорных компьютеров, рабочих станций, миникомпьютеров, персональных компьютеров или суперкомпьютеров;
3) передача сообщений между любой парой компьютеров в сети
осуществляется с помощью средств распространения информации, которые
являются воздушными (беспроводные сети), металлическими (кабельные
сети) или оптоволоконными (оптоволоконные сети).;
4
4) компьютерная сеть позволяет пользователю работать со своим
компьютером автономно и добавляет к этому возможность доступа к
компьютерным и аппаратным ресурсам других компьютеров в сети, а также к
сетевым службам, позволяющим двум или более пользователям работать
одновременно.
Считается, что рождение цифровых компьютеров произошло вскоре
после окончания Второй мировой войны. В 40-х годах XX века были созданы
первые ламповые вычислительные устройства. Этот период характеризуется
следующими элементами:
1) компьютер был скорее предметом исследования, чем инструментом
для решения практических задач из других областей;
2) Программирование прикладных задач выполнялось исключительно
на языке машинного кода центрального процессора;
3) не было системного программного обеспечения, кроме библиотек
математических процедур и служб;
4) не было операционных систем и в памяти, все задачи по организации
вычислительного процесса решались вручную каждым программистом из
панели управления.
С середины 50 - х годов XX века начался следующий период в развитии
вычислительной техники, связанный с появлением новой технической основы
— полупроводниковых элементов. В то время развитие компьютеров
определялось направлениями:
1) благодаря внедрению новой элементной базы увеличилась скорость
работы процессоров и, как следствие, увеличилась производственная
мощность компьютеров, увеличились объемы оперативной и внешней памяти;
5
2) появились первые алгоритмические языки и возросла сложность
программ, что позволило решать более сложные задачи, а сами программы
стали напоминать наборы кодов, написанные в виде текстовых структур и
сохраненные в виде текстовых файлов;
3) в библиотеки математических и сервисных подпрограмм был
добавлен новый тип системного программного обеспечения — переводчики,
которые переводят исходный код программ в коды ЦП;
4) были разработаны первые программы управления системоймониторы, которые автоматизировали всю последовательность действий
оператора по организации процесса расчетов.
Программные мониторы были прототипом современных операционных
систем, они стали первыми системными программами, предназначенными не
для обработки данных, а для управления вычислительным процессом. В ходе
внедрения мониторов был разработан формализованный язык управления
задачами, с помощью которого программист информировал систему и
оператора о действиях и порядке, которые он хотел бы выполнить на
компьютере. Типичный набор инструкций обычно включал знак для начала
индивидуальной работы, вызов переводчика, вызов загрузчика и знаки для
начала и конца исходных данных.
Оператор
составил
набор
задач,
которые
затем
выполнялись
последовательно для выполнения монитором без его участия. Кроме того,
монитор смог самостоятельно обрабатывать наиболее распространенные сбои,
возникающие при запуске пользовательских программ, такие как отсутствие
исходных данных, переполнение регистра, деление на ноль, доступ к
несуществующей области памяти и т. д.
Следующий важный период развития операционных систем приходится
на 1965-1975 годы двадцатого века. В то время техническая основа
6
компьютеров переходила от отдельных полупроводниковых элементов, таких
как транзисторы, к интегральным схемам, прокладывая путь для компьютеров
следующего поколения, представленных, например, IBM/3601.
В течение этого периода были реализованы почти все основные
механизмы, присущие современным операционным системам (ОС):
1)
мультипрограммирование
нескольких
программ
на
(метод
одном
организации
компьютере,
выполнения
обычно
раздельное
мультипрограммирование в пакетных системах, системах реального времени
и мультипрограммирование в системах с разделением времени);
2)
многопроцессорность
многопроцессорными,
(синонимы
многопроцессорными,
также
являются
многопроцессорными,
производными от английского Multiprocessing — использование пары или
нескольких физических процессоров в компьютерной системе. Этот термин
также относится к способности системы поддерживать более одного
процессора и/или способности распределять задачи между ними. Существует
множество вариаций этой концепции, и определение мультипроцессора может
варьироваться в зависимости от контекста, в основном в зависимости от
определения процессоров (несколько ядер в одном чипе, много микросхем в
одном пакете, много пакетов в одном системном модуле и т. д.).
многопроцессорность иногда используется для управления процессорами с
использованием нескольких процессоров. называется запуском нескольких
параллельных программных процессов в системе в отличие от запуска одного
процесса в любой момент времени. Однако термины " многозадачность "или"
многопрограммирование " более подходят для описания этой концепции,
которая реализована в основном в программном обеспечении, в то время как
мультипроцессор более подходит для описания использования нескольких
аппаратных
процессоров.
Система
7
не
может
быть
одновременно
многопроцессорной и многопрограммируемой, только одна из двух или ни
одна из них);
3) поддержка мультитерминального и / или мультитерминального
режима (то есть возможность одновременной работы большого количества
компьютерных терминалов для двух пользователей с правами доступа,
учетными записями и т. д.);
4) виртуальная память (виртуальная память происходит от английского
Virtual memory) - это технология управления компьютерной памятью,
разработанная для многозадачных операционных систем. Благодаря этой
технологии каждая программа использует независимые схемы адресации
памяти, которые каким-то образом сопоставляются с физическими адресами в
памяти компьютера. Эта технология позволяет улучшить использование
памяти несколькими программами, работающими одновременно, за счет
организации множества независимых адресных пространств и обеспечения
защиты памяти между различными приложениями. Это также позволяет
программисту использовать больше памяти, чем установлено в компьютере,
перекачивая неиспользуемые страницы во вторичное хранилище);
5) файловая система (файловая система) - это файловая система, которая
определяет способ организации, хранения и присвоения имен данным на
носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном
оборудовании: цифровых камерах, мобильных телефонах и т. д. файловая
система определяет формат содержимого и способ физического хранения
информации, которые обычно группируются в виде файлов. Конкретная
файловая система определяет размер имени файла (папки), максимально
возможный размер файла и раздела, а также набор атрибутов файла.
Некоторые файловые системы предлагают служебные функции, такие как
контроль доступа или шифрование файлов.);
8
6)
разграничение доступа (свод правил, регулирующих порядок и
условия доступа субъекта к объектам информационной системы (информации,
носителям, процессам и другим ресурсам), установленный правовыми
документами или владельцем, владельцем информации. Права доступа
определяют набор действий (например, чтение, запись, выполнение), которые
субъекты (например, пользователи системы) могут выполнять с объектами
данных. Для этого требуется определенная система. для предоставления
субъектам различных прав доступа к объектам. Это система разграничения
доступа субъектов к объектам, которая считается основным средством защиты
от несанкционированного доступа к информации). В эти годы начинает
развиваться
системное
программирование.
Из
области
прикладной
математики, представляющей интерес для узкого круга специалистов,
системное программирование превращается в отрасль, которая напрямую
влияет на практическую деятельность миллионов людей
1.2 - Модель пакетной обработки компьютерных задач
Начались
разработки
в
области
мультипрограммирования.
Как
отмечалось ранее, мультипрограммирование - это способ организации
вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера одновременно
хранятся несколько программ, поочередно выполняемых на одном и том же
процессоре.
Мультипрограммирование
обычно
осуществлялось
двумя
способами:
1) партия;
2) совместное использование времени.
Системы пакетной обработки были разработаны в первую очередь для
решения вычислительных задач, которые не требуют быстрых результатов.
Основной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки
9
является
максимальная
пропускная
способность,
то
есть
решение
максимального количества задач за единицу времени.
Для достижения этой цели в пакетных системах используется
следующая схема работы: в начале задания формируется пакет задач, каждая
задача содержит требование к системным ресурсам; из этого пакета задач
формируется многопрограммный набор, то есть набор задач, выполняемых
одновременно. Задачи с различными потребностями в ресурсах выбираются
для одновременного выполнения, чтобы обеспечить сбалансированную
нагрузку на все вычислительные устройства. Например, в многопрограммном
пакете желательно иметь как вычислительные задачи, так и задачи с
интенсивным вводом-выводом. Таким образом, выбор новой задачи из пакета
задач зависит от внутренней ситуации в системе, то есть выбирается
"прибыльная" задача. Следовательно, в компьютерных системах с пакетными
операционными системами невозможно гарантировать, что конкретная задача
будет выполнена в течение заданного периода времени.
1.3 - механизм пакетной обработки вычислительных задач
В пакетных системах переключение ЦП с одной задачи на другую
происходит по инициативе наиболее активной задачи, например, когда она
"выводит из строя" ЦП из-за необходимости выполнения операции вводавывода. следовательно, существует высокая вероятность того, что ЦП выйдет
из строя. вероятность того, что одна задача может занять процессор в течение
длительного периода времени, и интерактивные задачи станут невозможными.
Взаимодействие пользователя с компьютером, на котором установлена
пакетная система, сводится к тому, что пользователь приносит задание,
передает его диспетчеру-оператору, а в конце рабочего дня, выполнив весь
пакет заданий, получает результат. Очевидно, что эта процедура повышает
эффективность оборудования, но снижает эффективность пользователя.
10
В
системах
с
разделением
времени
пользователи
(или
один
пользователь) имеют возможность работать в режиме онлайн с несколькими
приложениями одновременно. Для этого каждое приложение должно
регулярно взаимодействовать с пользователем. Понятно, что в пакетных
системах
возможности
взаимодействия
пользователя
с
приложением
ограничены.
В системах с разделением времени эта проблема решается тем, что
операционная система периодически приостанавливает работу приложений,
не дожидаясь, пока они сами освободят процессор. Квант процессорного
времени R выделяется всем приложениям по очереди. Таким образом,
пользователи, которые запускают программы для выполнения, могут
поддерживать с ними диалог.
Системы разделения времени. они предназначены для исправления
основного недостатка систем пакетной обработки — изолированности
пользователя-программиста от процесса выполнения задачи. В этом случае у
каждого пользователя есть терминал, с которого он может взаимодействовать
со своей программой. Поскольку в системах с разделением времени для
каждой задачи выделяется только один квант процессорного времени, ни одна
задача не занимает ЦП в течение длительного периода времени, и время
отклика является приемлемым. Если Квант мал, у всех пользователей,
работающих на одной и той же машине одновременно, создается впечатление,
что каждый из них использует машину в одиночку.
1.4 - схема построения мультитерминального вычислительного
центра
Подобные идеи, такие как"... есть много терминалов " или "
одновременно... Почему подсчет занимает так много времени?" Если вы
объедините несколько компьютеров в один, это будет быстрее... " он появился
одновременно с появлением новых и, прежде всего, более производительных
11
машин. До появления связи компьютер—компьютер была решена более
простая задача — организация удаленной связи терминал—компьютер.
Терминалы, расположенные в нескольких сотнях или даже тысячах
километров от компьютера, были подключены к компьютерам через
телефонные сети с использованием модемов. Эти сети позволяли многим
пользователям удаленно получать доступ к общим ресурсам нескольких
мощных компьютеров класса суперкомпьютеров. И только тогда были
разработаны
средства
обмена
данными
между
компьютерами
в
автоматическом режиме. Основываясь на этом механизме, обмен файлами,
синхронизация баз данных, электронная почта и другие сетевые сервисы были
реализованы в ранних сетях, которые теперь стали традиционными.
В 1969 году Министерство обороны США начало работу по
объединению
оборонных
и
исследовательских
центров
в
общую
суперкомпьютерную сеть. Эта сеть, получившая название Arrape!, PO1
послужил отправной точкой для создания первой и самой известной
глобальной сети-интернета (Internet). Сеть ARPAnet объединяла компьютеры
разных
типов
под
управлением
разных
операционных
систем
с
дополнительными модулями, реализующими протоколы связи, общие для
всех компьютеров в сети. Эти операционные системы можно считать первыми
сетевыми операционными системами.
Сетевые операционные системы, в отличие от многопользовательских
систем, позволяли не только распределять пользователей, но и организовывать
распределенное
хранение
и
обработку
данных
между
несколькими
компьютерами, связанными электрическими соединениями. Любая сетевая
операционная система, с одной стороны, выполняет все функции локальной
операционной
системы,
а
с
другой
стороны,
имеет
определенные
дополнительные инструменты, позволяющие ей взаимодействовать по сети с
операционными системами других компьютеров. В 1974 году IBM объявила о
12
создании собственной сетевой архитектуры для своих мэйнфреймов,
получившей название SNA (системная сетевая архитектура). В то же время в
Европе активно велась работа по созданию и стандартизации сетей X.
Таким образом, в хронологическом порядке появились первые
глобальные сети (Wide Area Networks), то есть сети, объединяющие
географически распределенные компьютеры, возможно, расположенные в
разных городах и странах. Именно в рамках построения глобальных сетей
впервые были предложены и разработаны многие основные идеи и концепции
современных компьютерных сетей, такие как построение многоуровневых
протоколов связи, технология коммутации пакетов и маршрутизация пакеты в
составных сетях.
1.5 – Информационный обмен
В компьютерных технологиях рассматривается только материальный
обмен данными средствами современной техники (связь с космосом и
инопланетянами не рассматривается). Между отправкой и получением
информация поступает в виде материальных сигналов:
1) Источник генерирует сигналы на аппаратном носителе;
2) носитель перемещается в пространстве и времени;
3) потребитель распознает сигналы носителя и извлекает содержащуюся
в них информацию.
В
информационном
обмене
может
участвовать
произвольное
количество сторон, между которыми может действовать произвольное
количество информационных связей. Но основной случай, который
необходимо изучить, - это обмен информацией между двумя сторонами.
Общий случай сводится к частному путем разложения. Обмен информацией
может быть принципиальным и обязательным. В рамках обмена информацией
13
стороны имеют равные возможности в общем процессе обмена информацией.
В каждый данный момент часть, которая создает и передает сигналы,
называется источником информации, а часть, которая принимает и распознает
сигналы, называется приемником. В обмен устройство со временем функции
частей меняются, источник становится приемником, а приемник становится
источником.
В императивном информационном обмене положения сторон различны:
между ними существуют отношения подчинения. Информационная ссылка,
соответствующая обязательному обмену, является контрольной ссылкой.
Отношения контроля всегда однонаправлены, их направленность выражает
отношения
подчинения
между
сторонами.
Контролирующая
сторона
называется оператором, контролирующая сторона называется исполнителем.
Выполнение алгоритмов и программ предполагает обязательный обмен
информацией. Алгоритмы и компьютерные программы (или люди, которые их
создали) определяют последовательности действий, которые должны
выполняться для соответствующих исполнителей.
Линия связи образует физическую среду, в которой происходит обмен
данными, основное свойство линии связи-материальное. Канал связи (рис. 1)
формируется путем добавления протоколов к линии связи, другими словами,
логических договоренностей по правилам
14
Рисунок 1 – Канал связи
Обобщенная
модель
информационного
обмена
совместного
использования линии связи между разными пользователями. Таким образом,
канал связи является физико-логическим объектом. К этому классу объектов
относится большинство компьютерных интерфейсов.
Источник и получатель информации находятся в неравных условиях при
информационном обмене, так как источник не может передать авторскую
интерпретацию данных иначе как в виде дополнительных данных.
Дополнительные усилия источнику приходится прикладывать потому, что
даже технически безупречная передача данных не гарантирует, что
интерпретация данных получателем и интерпретация тех же данных
источником не будут отличаться. Поэтому полезно дополнить обобщенную
модель информационного обмена двумя уровнями, на которых происходит
форматирование данных по смыслу и по форме. Знание стандартных правил и
стандартов форматирования сообщений на этих двух уровнях облегчает
работу источника и получателя информации.
15
Рисунок 2 - Информационный обмен на различных уровнях
Для придания конкретности на рис. 2 предположим, что источник в
рамках
добровольного
обмена
передает
получателю
определенную
информацию. Для этого он составляет сообщение, составляет и форматирует
его в текстовом редакторе и передает по компьютерной сети. Получатель
получает файл, открывает его в том же текстовом редакторе и пытается
получить информацию, переданную источником.
С точки зрения источника третьим по величине уровнем обмена
информацией является уровень содержания, а с точки зрения получателяуровень интерпретации. Что касается приведенных выше определений данных
и информации, источник описывает «своими словами» информацию,
переданную в форме сообщения, в то время как получатель пытается найти
интерпретацию источника полученных данных на втором уровне.
С точки зрения источника, второй уровень передачи - это уровень
передачи информации источником, а с точки зрения получателя-уровень
16
распознавания образов. Неофициально источник переводит сообщение,
изложенное «своими словами» , на общепринятый язык данных, в данном
случае редактирует и форматирует сообщение в текстовом редакторе, а
получатель переводит на тот же общепринятый язык данных полученные
физические сигналы, в данном случае, получает отредактированное и
отформатированное сообщение в текстовом редакторе.
Основой передачи информации является уже рассмотренный выше
уровень передачи сигнала, при котором сообщение кодируется на языке
физических сигналов, передача физических сигналов и декодирование
физических сигналов в сообщении.
Теперь рассмотрим случай императивного обмена на рис. 1.2. давайте
поговорим о создании запущенной программы в соответствии с условием
задачи. Уровень содержания источника информации соответствует решению
задачи, написанному от руки или в текстовом редакторе. Уровень
представления - это запись решения проблемы на языке программирования
высокого уровня в виде текстового файла. На уровне исходного сигнала
текстовый файл кодируется и передается. На уровне сигнала получателя
принимается
соответствует
файл
программы.
моменту
создания
Уровень
распознавания
исполняемого
файла.
получателя
На
уровне
интерпретации исполняемый файл, который представляет собой набор
машинных команд, выполняется принимающим компьютером.
17
Глава 2 – Информационный обмен на практике
2.1 – Информационный обмен в Локальной сети
18
Заключение
В процессе выполнения данной работы я смог сделать документ для
изучения компьютерных сетей, а конкретнее изучение темы Информационного
обмена в компьютерных сетях. В этом документе представлены темы:
1) Модель пакетной обработки компьютерных задач
2) Механизм пакетной обработки вычислительных задач
3) Принцип работы системы разделения времени
4) Схема построения мультитерминального вычислительного центра
5) Информационный обмен
Я считаю, что моя работа поможет другим людям в будущем при изучении
Информационного обмена, так как я собрал всю нужную информацию и
сократил ее до необходимого минимума, что бы без лишних хлопот разобраться
в данной теме.
19
Список используемых источников
Ресурсы сети Интернет
1) Введение в сетевой информационный обмен //
http://ypn.ru/115/introduction-to-networked-information-exchange/
2) Сети информационного обмена //
https://scicenter.online/tehnologii-meditsine-informatsionnyie-scicenter/setiinformatsionnogo-obmena-136153.html
3) Информационный процесс обмена данными. Сетевые информационные
технологии. //
https://bstudy.net/678180/informatika/informatsionnyy_protsess_obmena_dannym
i_setevye_informatsionnye_tehnologii
4) Обмен информацией по локальной сети //
https://ozlib.com/1080522/informatika/obmen_informatsiey_lokalnoy_seti
5) Информационный обмен //
https://studref.com/513970/informatika/informatsionnyy_obmen
Научно, технические и учебно-методологические издания
1) Итерационный процесс разработки протоколов информационного обмена
/ Селезнёв С. С., Михайлов А. С. 9 стр.
2) Подготовка данных для информационного обмена / Ю.П.Липунцов 12 стр.
20