Общая характеристика и классификация компьютерных сетей
Вопрос. Форматы графических файлов
Примеры растровых форматов хранения файлов: BMP, PDF, TIFF, GIF, JPEG.
BMP (Bitmap) - формат поддерживается всеми графическими редакторами, работающими под управлением операционной системы Windows.
EPS: гибкий формат, который может также содержать и растровые и векторные данные.
PDF (Portable Document Format) —разработан фирмой Adobe как независимый от платформы формат для хранения электронной документации.
TIFF (Target Image File Format) — аппаратно независимый формат. Этот формат позволяет хранить информацию, необходимую для редактирования растровой графики: альфа-каналы, цветовую модель, пути и слои (при использовании Adobe Photoshop).
GIF (Graphics Interchange Format) — независящий от аппаратного обеспечения формат GIF разработан фирмой CompuServe для передачи растровых изображений по сетям. Формат поддерживает прозрачность и анимацию. Общее количество цветов в изображении не может превышать 256. GIF использует LZW-компрессию, что позволяет неплохо сжимать файлы, в которых много однородных заливок (логотипы, надписи, схемы).
JPEG (Joint Photographic Experts Group) — формат JPEG использует алгоритм сжатия, основанный на сравнении пикселей. Чем выше уровень компрессии, тем больше данных отбрасывается и тем ниже качество. Используя JPEG,можно получить файл меньшего размера, чем в форматах BMPи TIFF.
Полноцветные изображения, например фотографии, лучше всего сохранять в формате JPEG. Хотя этот формат и сжимает изображения с потерей качества, но он наилучшим образом подходит для фотографий, поскольку поддерживает 16 млн. цветов, а также сохраняет неизменными яркость и насыщенность.
Для работы в сети Интернет используются форматы GIF, JPEG.
[1] Слово «пиксел» происходит от англ. Словосочетания picture cell (ячейка изображения).
[2] Один дюйм равен 25,4 мм, но для большинства практических задач можно считать, что в одном дюйме примерно 25 мм.
[3] 1 нм (нанометр)=10-9 м
Компьютерной сетью называется два и более компьютера, взаимодействующих через среду передачу данных. Под средой передачи данных можно понимать как кабельную систему (например, обычный телефонный провод, оптоволоконный кабель), так и различные типы беспроводной связи (инфракрасное излучение, лазер, специальные виды радиопередачи). Устройства в сети должны обладать процессором, а также быть способны передавать сообщения от одного устройства к другому.
Основные модели коммутации устройств в сетях:
Сеть коммутации каналов. Клиенты сети связаны физически до конца взаимодействия. Достоинства: взаимодействие идет с постоянной скоростью, равной минимальной скорости каналов, составляющих магистраль передачи данных. Недостатки: такая организация может блокировать другие магистрали (если мы связали машины 1 и 2, то 1 и 3 машины связаться не смогут, так как каналы уже заняты). Примером могут служить телефонные соединения.
Сеть коммутации пакетов Сообщение разбивается на порции данных одинакового объема (пакеты), которые передаются по сети. Достоинства: так как все пакеты одинакового размера, то происходит достаточно быстрое соединение, ибо практически нет ситуаций, когда какие-то каналы заблокированы; из-за разбиения на пакеты можно качественно лучше исправлять ошибки— для исправления ошибки следует лишь передать повторно тот пакет, в котором она произошла. Недостатки: возникает проблема нагрузки на коммуникационные машиныв связи с возможно неравномерным количеством и объемом сообщений от разных машин. (реальные сети).
Компьютерные сети отличаются сложностью и сферой деятельности. Вследствие этого они классифицируются различными способами. Наиболее распространенный способ оценки сетей основывается на размерах географической площади, покрываемой сетью. С этой точки зрения различают следующие основные типы сетей:
Локальные сети (ЛВС, LAN - Local Area Network) покрывают незначительную географическую площадь. ЛВС - это коммуникационная система, поддерживающая в пределах одного здания или некоторой ограниченной территории один или несколько высокоскоростных каналов передачи информации, предоставляемых подключаемым устройствам для кратковременного использования. Географическая область, охваченная ЛВС, скорее определяется технологией, используемой при создании сети, чем какими-либо другими факторами (так, считается, что сеть на технологии Apple Talk работает устойчиво при радиусе до 300 м., сеть Ethernet – до 2500 метров).
В ЛВС среда передачи данных обычно более скоростная, чем в глобальных сетях. Скорость передачи данныхколеблется от нескольких тысяч бит в секунду до 100млн. бит (мегабит) в секунду.
Глобальные сети GAN - распределенные компьютерные сети, позволяющие объединить компьютеры на значительной географической области (часть страны, несколько стран и даже целый мир).
Среда передачи данных более медленная, чем в ЛВС. Географический размах ЛВС и GAN может расширяться за счет возможностей удаленного доступа.
Компьютерные сети также классифицируют по модели взаимодействиясетевых устройств:
Одноранговые сети позволяют каждому компьютеру взаимодействовать с каждым компьютерным устройством сети. Затраты на организацию одноранговых вычислительных сетей относительно небольшие. Однако при увеличении числа рабочих станций эффективность их использования резко уменьшается. Пороговое значение числа рабочих станций, по оценкам фирмы Novell, составляет 25. Поэтому одноранговые ЛВС используются только для небольших рабочих групп. Основной недостаток работы одноранговой сети - увеличение времени решения прикладных задач. Это связано с тем, что каждый компьютер сети отрабатывает все запросы, идущие к нему со стороны других пользователей. К недостаткам также относятся возможность потери сетевых данных и сложность организации резервного копирования.
Сети с выделенным сервером,обеспечивающим передачу информации от одной машины к другой, определяющим уровни доступа к данным и обеспечивающим бесперебойную работу сети. На машине-сервере работает и программа-сервер, позволяющая предоставить услуги этого компьютера другому. Клиенты сети общаются с этой обслуживающей сервер-программой посредством соответствующей клиент-программы, работающей непосредственно на обслуживаемом компьютере (на стороне клиента).
Схема взаимодействия программ в сети называется архитектурой клиент-сервер. Суть работы программа по этой схеме состоит в том, что сервер по командам клиента выполняет определенные действия, предоставляя клиенту услуги. Например, предоставление услуг в Internet построено по этой схеме, т.е. оно осуществляется совместной работой 2-х процессов: на компьютере пользователя и на компьютере-сервере.
Все ЛВС имеют различную передающую среду:
1. Стандартная телефонная сеть. Аналоговая связь (кабели – витые пары). Для передачи информации в данной среде необходимо дополнительное внешнее устройство, называемое модемом.
2. С помощью коаксиального кабеля. Скорость передачи данных при этом способе довольно низкая.
Локальные вычислительные сети характеризуются также топологией сети. Топология определяет геометрическое размещение (конфигурацию) узлов сети и способ соединений между ними в среде передачи данных.
Принято различать 3 основных вида топологии сети.
Топология «звезда» характеризуется тем, что все устройства подсоединены к центру и, соответственно, все сообщения в сети передаются через центральный узел. Центр может быть как активным, так и пассивным устройством. Активный центр начинает открытие некоторой передачи, а пассивный центр просто обеспечивает связь между сетевыми устройствами.
Преимущества:
а) высокий уровень защиты данных в центральном узле;
б) простая адресация, которая контролируется центральным узлом;
в) упрощены процессы поиска неисправностей.
Недостатки:
а)зависимость сети от надежности центрального узла, т.к. его отказ приводит к отказу всей сети;
б)сложность центрального узла, на который возложено большинство сетевых функций.
Топология «кольцо» - замкнутая петля рабочих станций или узлов с сообщением, проходящими через станции последовательно. В данной конфигурации сообщения перемещаются по кругу в одном направлении. В кольцевой топологии нет выделенного узла, который управляет передачей сообщений. Передача сигнала происходит в большинстве случаев через повторители, к которым подключены узлы сети. Повторитель может быть пассивным или активным устройством. Если доступ в кольце производится чрез активный повторитель, то он выполняет следующие функции:
принимает пакет от узла источника и усиливает сигналы;
делает пакет доступным узлу приемнику;
разрешает узлу передавать собственный пакет;
отправляет пакет к следующему узлу или выполняет его буферизацию.
Пассивный повторитель дает узлу лишь возможность соединения со средой передачи.
Преимущества:
а) отсутствует зависимость сети от функционирования отдельных узлов. При этом имеется возможность отключить узел без нарушения работы сети;
б) используется простая маршрутизация пакетов;
в) легко идентифицируются неисправные узлы и выполняется реконфигурация в случае сбоя или неисправности.
Недостатки:
а) надежность сети существенно зависит от надежности кабельной системы;
б) необходимо использовать более сложное программное обеспечение для узлов, например для функционирования в сбойных ситуациях типа реконфигурации сети, потери маркера в кольце и т.п;
в) усложняется решение задачи защиты информации, поскольку данные проходят через узлы сети.
Шинная топологияиспользует прямой сегмент среды передачи данных, к которому напрямую подсоединены все узлы или рабочие станции.
Шина - это незамкнутая физически в кольцо среда передачи. Все узлы подключаются к шине одинаковым образом через усилители - повторители сигналов, поскольку сигналы в шине передаются с потерями, т.е. затухают.
Сигналы в шине от передающего узла распространяются во все стороны к другим узлам. Так как все принимающие узлы получают предающее сообщение практически одновременно, то необходимо решать проблему права доступа к среде путем применения методов разрешения сетевых коллизий либо путем организации логического кольца узлов.
Преимущества:
а) распространенность и популярность для ЛВС;
б) легкость подключения новых узлов и их доступность;
в) простота реализации широковещательной передачи;
г) приспособленность к передаче сообщений с резкими колебаниями интенсивности потока сообщений.
Недостатки:
а) среда передачи пассивна, поэтому необходимо усиление сигналов, затухающих в среде;
б) затруднена защита информации, т.к. можно легко присоединяться к сети;
в) при большом числе узлов возможно насыщение среды передачи (резкое снижение пропускной способности);
г) в некоторых случаях отсутствует оптимальный механизм доступа к среде, когда при разрешении, например коллизий, отдельные узлы сети имеют приоритет.
При различных топологиях сетей используются различные методы доступа к данным:
1. Разделение времени. При данном доступе компьютером или сервером время делится на кванты. В каждый квант времени передается некий объем информации от одной ЭВМ к другой. Данный метод чаще всего используется при звездообразной топологии.
2. Сегментирование. Информация делится на маленькие сегменты, и в каждый квант времени один или несколько сегментов переходят от отправителя к получателю. Метод используется в шинной архитектуре.
3. Маркерный метод (приоритетный). Используется в кольцевой топологии, где маркер бегает по сети и передает информацию.
личество цветов в изображении не может превышать 256. GIF использует LZW-компрессию, что позволяет неплохо сжимать файлы, в которых много однородных заливок (логотипы, надписи, схемы).