Принципы организации построения и эксплуатации компьютерных сетей

Обновлено: 30.06.2024

Под компьютерными сетями понимаются подключенные вычислительные устройства (такие как ноутбуки, настольные компьютеры, серверы, смартфоны и планшеты) и постоянно расширяющийся набор устройств Интернета вещей (например, камеры, дверные замки, дверные звонки, холодильники, аудио- и видеосистемы, термостаты и различные датчики), которые взаимодействуют друг с другом.

Связаться с Cisco

Как работает компьютерная сеть

Специализированные устройства, такие как коммутаторы, маршрутизаторы и точки доступа, составляют основу компьютерных сетей.

Коммутаторы подключают компьютеры, принтеры, серверы и другие устройства к сетям в домах или организациях и помогают обеспечить внутреннюю безопасность. Точки доступа — это коммутаторы, которые подключают устройства к сетям без использования кабелей.

Маршрутизаторы соединяют сети с другими сетями и действуют как диспетчеры. Они анализируют данные, которые должны быть отправлены по сети, выбирают для них наилучшие маршруты и отправляют их по назначению. Маршрутизаторы соединяют ваш дом и бизнес со всем миром и помогают защитить информацию от внешних угроз безопасности.

Несмотря на то, что коммутаторы и маршрутизаторы различаются по нескольким параметрам, одно из ключевых отличий заключается в том, как они идентифицируют конечные устройства. Коммутатор уровня 2 однозначно идентифицирует устройство по его «прошитому» MAC-адресу. Маршрутизатор уровня 3 однозначно идентифицирует сетевое подключение устройства с помощью назначенного сетью IP-адреса.

Сегодня большинство коммутаторов включают некоторые функции маршрутизации.

MAC- и IP-адреса однозначно определяют устройства и сетевые подключения соответственно в сети. MAC-адрес — это номер, присвоенный сетевой карте (NIC) производителем устройства. IP-адрес — это номер, присвоенный сетевому соединению.

Как развиваются компьютерные сети?

Современные сети обеспечивают больше, чем возможность подключения. Организации приступают к цифровой трансформации. Их сети имеют решающее значение для этой трансформации и для их успеха. Для удовлетворения этих потребностей развиваются следующие типы сетевых архитектур:

Программно-определяемая (SDN). В ответ на новые требования "цифровой" эпохи сетевая архитектура становится более программируемой, автоматизированной и открытой. В программно-определяемых сетях маршрутизация трафика управляется централизованно с помощью программных механизмов. Это помогает сети быстро реагировать на изменяющиеся условия.
На основе намерений. Сеть на основе намерений (IBN), основанная на принципах SDN, не только обеспечивает гибкость, но и настраивает сеть для достижения желаемых целей за счет широкой автоматизации операций, анализа ее производительности, точного определения проблемных областей и предоставления комплексных услуг. безопасности и интеграции с бизнес-процессами.
Виртуализация. Базовая физическая сетевая инфраструктура может быть логически разделена для создания нескольких «наложенных» сетей. Каждая из этих логических сетей может быть настроена в соответствии с конкретными требованиями безопасности, качества обслуживания (QoS) и другими требованиями.
На основе контроллера. Сетевые контроллеры имеют решающее значение для масштабирования и защиты сетей. Контроллеры автоматизируют сетевые функции, преобразовывая бизнес-цели в конфигурации устройств, и постоянно контролируют устройства, чтобы обеспечить производительность и безопасность. Контроллеры упрощают работу и помогают организациям реагировать на меняющиеся бизнес-требования.
Многодоменная интеграция. Крупные предприятия могут создавать отдельные сети, также называемые сетевыми доменами, для своих офисов, глобальных сетей и центров обработки данных. Эти сети взаимодействуют друг с другом через свои контроллеры. Такая межсетевая или многодоменная интеграция обычно включает обмен соответствующими рабочими параметрами, чтобы обеспечить достижение желаемых бизнес-результатов, охватывающих сетевые домены.

Только Cisco предлагает полный набор современных сетевых архитектур для доступа, глобальных сетей, центров обработки данных и облачных сред.

Из этого введения в работу с сетями вы узнаете, как работают компьютерные сети, какая архитектура используется для проектирования сетей и как обеспечить их безопасность.

Что такое компьютерная сеть?

Компьютерная сеть состоит из двух или более компьютеров, соединенных между собой кабелями (проводными) или WiFi (беспроводными) с целью передачи, обмена или совместного использования данных и ресурсов. Вы строите компьютерную сеть, используя оборудование (например, маршрутизаторы, коммутаторы, точки доступа и кабели) и программное обеспечение (например, операционные системы или бизнес-приложения).

Географическое расположение часто определяет компьютерную сеть. Например, LAN (локальная сеть) соединяет компьютеры в определенном физическом пространстве, таком как офисное здание, тогда как WAN (глобальная сеть) может соединять компьютеры на разных континентах. Интернет — крупнейший пример глобальной сети, соединяющей миллиарды компьютеров по всему миру.

Вы можете дополнительно определить компьютерную сеть по протоколам, которые она использует для связи, физическому расположению ее компонентов, способу управления трафиком и ее назначению.

Компьютерные сети позволяют общаться в любых деловых, развлекательных и исследовательских целях. Интернет, онлайн-поиск, электронная почта, обмен аудио и видео, онлайн-торговля, прямые трансляции и социальные сети — все это существует благодаря компьютерным сетям.

Типы компьютерных сетей

По мере развития сетевых потребностей менялись и типы компьютерных сетей, отвечающие этим потребностям. Вот наиболее распространенные и широко используемые типы компьютерных сетей:

Локальная сеть (локальная сеть). Локальная сеть соединяет компьютеры на относительно небольшом расстоянии, позволяя им обмениваться данными, файлами и ресурсами. Например, локальная сеть может соединять все компьютеры в офисном здании, школе или больнице. Как правило, локальные сети находятся в частной собственности и под управлением.

WLAN (беспроводная локальная сеть). WLAN похожа на локальную сеть, но соединения между устройствами в сети осуществляются по беспроводной сети.

WAN (глобальная сеть). Как видно из названия, глобальная сеть соединяет компьютеры на большой территории, например, из региона в регион или даже из одного континента в другой. Интернет — это крупнейшая глобальная сеть, соединяющая миллиарды компьютеров по всему миру. Обычно для управления глобальной сетью используются модели коллективного или распределенного владения.

MAN (городская сеть): MAN обычно больше, чем LAN, но меньше, чем WAN. Города и государственные учреждения обычно владеют и управляют MAN.

PAN (персональная сеть): PAN обслуживает одного человека. Например, если у вас есть iPhone и Mac, вполне вероятно, что вы настроили сеть PAN, которая позволяет обмениваться и синхронизировать контент — текстовые сообщения, электронные письма, фотографии и многое другое — на обоих устройствах.

SAN (сеть хранения данных). SAN – это специализированная сеть, предоставляющая доступ к хранилищу на уровне блоков — общей сети или облачному хранилищу, которое для пользователя выглядит и работает как накопитель, физически подключенный к компьютеру. (Дополнительную информацию о том, как SAN работает с блочным хранилищем, см. в разделе «Блочное хранилище: полное руководство».)

CAN (сеть кампуса). CAN также известен как корпоративная сеть. CAN больше, чем LAN, но меньше, чем WAN. CAN обслуживают такие объекты, как колледжи, университеты и бизнес-кампусы.

VPN (виртуальная частная сеть). VPN – это безопасное двухточечное соединение между двумя конечными точками сети (см. раздел "Узлы" ниже). VPN устанавливает зашифрованный канал, который сохраняет личность пользователя и учетные данные для доступа, а также любые передаваемые данные, недоступные для хакеров.

Важные термины и понятия

Ниже приведены некоторые общие термины, которые следует знать при обсуждении компьютерных сетей:

IP-адрес: IP-адрес — это уникальный номер, присваиваемый каждому устройству, подключенному к сети, которая использует для связи Интернет-протокол. Каждый IP-адрес идентифицирует хост-сеть устройства и местоположение устройства в хост-сети. Когда одно устройство отправляет данные другому, данные включают «заголовок», который включает IP-адрес отправляющего устройства и IP-адрес устройства-получателя.

Узлы. Узел — это точка подключения внутри сети, которая может получать, отправлять, создавать или хранить данные. Каждый узел требует, чтобы вы предоставили некоторую форму идентификации для получения доступа, например IP-адрес. Несколько примеров узлов включают компьютеры, принтеры, модемы, мосты и коммутаторы. Узел — это, по сути, любое сетевое устройство, которое может распознавать, обрабатывать и передавать информацию любому другому сетевому узлу.

Маршрутизаторы. Маршрутизатор — это физическое или виртуальное устройство, которое отправляет информацию, содержащуюся в пакетах данных, между сетями. Маршрутизаторы анализируют данные в пакетах, чтобы определить наилучший способ доставки информации к конечному получателю. Маршрутизаторы пересылают пакеты данных до тех пор, пока они не достигнут узла назначения.

Коммутаторы. Коммутатор — это устройство, которое соединяет другие устройства и управляет обменом данными между узлами в сети, обеспечивая доставку пакетов данных к конечному пункту назначения. В то время как маршрутизатор отправляет информацию между сетями, коммутатор отправляет информацию между узлами в одной сети. При обсуждении компьютерных сетей «коммутация» относится к тому, как данные передаются между устройствами в сети. Три основных типа переключения следующие:

Коммутация каналов, которая устанавливает выделенный канал связи между узлами в сети. Этот выделенный путь гарантирует, что во время передачи будет доступна вся полоса пропускания, что означает, что никакой другой трафик не может проходить по этому пути.

Коммутация пакетов предполагает разбиение данных на независимые компоненты, называемые пакетами, которые из-за своего небольшого размера предъявляют меньшие требования к сети. Пакеты перемещаются по сети к конечному пункту назначения.

Переключение сообщений отправляет сообщение полностью с исходного узла, перемещаясь от коммутатора к коммутатору, пока не достигнет узла назначения.

Порты: порт определяет конкретное соединение между сетевыми устройствами. Каждый порт идентифицируется номером. Если вы считаете IP-адрес сопоставимым с адресом отеля, то порты — это номера люксов или комнат в этом отеле. Компьютеры используют номера портов, чтобы определить, какое приложение, служба или процесс должны получать определенные сообщения.

Типы сетевых кабелей. Наиболее распространенными типами сетевых кабелей являются витая пара Ethernet, коаксиальный и оптоволоконный кабель. Выбор типа кабеля зависит от размера сети, расположения сетевых элементов и физического расстояния между устройствами.

Примеры компьютерных сетей

Проводное или беспроводное соединение двух или более компьютеров с целью обмена данными и ресурсами образует компьютерную сеть. Сегодня почти каждое цифровое устройство принадлежит к компьютерной сети.

В офисе вы и ваши коллеги можете совместно использовать принтер или систему группового обмена сообщениями. Вычислительная сеть, которая позволяет это, вероятно, представляет собой локальную сеть или локальную сеть, которая позволяет вашему отделу совместно использовать ресурсы.

Городские власти могут управлять общегородской сетью камер наблюдения, которые отслеживают транспортный поток и происшествия. Эта сеть будет частью MAN или городской сети, которая позволит городским службам экстренной помощи реагировать на дорожно-транспортные происшествия, советовать водителям альтернативные маршруты движения и даже отправлять дорожные билеты водителям, проезжающим на красный свет.

The Weather Company работала над созданием одноранговой ячеистой сети, которая позволяет мобильным устройствам напрямую взаимодействовать с другими мобильными устройствами, не требуя подключения к Wi-Fi или сотовой связи. Проект Mesh Network Alerts позволяет доставлять жизненно важную информацию о погоде миллиардам людей даже без подключения к Интернету.

Компьютерные сети и Интернет

Провайдеры интернет-услуг (ISP) и поставщики сетевых услуг (NSP) предоставляют инфраструктуру, позволяющую передавать пакеты данных или информации через Интернет. Каждый бит информации, отправленной через Интернет, не поступает на каждое устройство, подключенное к Интернету. Это комбинация протоколов и инфраструктуры, которая точно указывает, куда направить информацию.

Как они работают?

Компьютерные сети соединяют такие узлы, как компьютеры, маршрутизаторы и коммутаторы, с помощью кабелей, оптоволокна или беспроводных сигналов. Эти соединения позволяют устройствам в сети взаимодействовать и обмениваться информацией и ресурсами.

Сети следуют протоколам, которые определяют способ отправки и получения сообщений. Эти протоколы позволяют устройствам обмениваться данными. Каждое устройство в сети использует интернет-протокол или IP-адрес, строку цифр, которая однозначно идентифицирует устройство и позволяет другим устройствам распознавать его.

Маршрутизаторы – это виртуальные или физические устройства, облегчающие обмен данными между различными сетями. Маршрутизаторы анализируют информацию, чтобы определить наилучший способ доставки данных к конечному пункту назначения. Коммутаторы соединяют устройства и управляют связью между узлами внутри сети, гарантируя, что пакеты информации, перемещающиеся по сети, достигают конечного пункта назначения.

Архитектура

Архитектура компьютерной сети определяет физическую и логическую структуру компьютерной сети. В нем описывается, как компьютеры организованы в сети и какие задачи возлагаются на эти компьютеры. Компоненты сетевой архитектуры включают аппаратное и программное обеспечение, средства передачи (проводные или беспроводные), топологию сети и протоколы связи.

Основные типы сетевой архитектуры

В сети клиент/сервер центральный сервер или группа серверов управляет ресурсами и предоставляет услуги клиентским устройствам в сети. Клиенты в сети общаются с другими клиентами через сервер. В отличие от модели P2P, клиенты в архитектуре клиент/сервер не делятся своими ресурсами. Этот тип архитектуры иногда называют многоуровневой моделью, поскольку он разработан с несколькими уровнями или ярусами.

Топология сети

Топология сети — это то, как устроены узлы и каналы в сети. Сетевой узел — это устройство, которое может отправлять, получать, хранить или пересылать данные. Сетевой канал соединяет узлы и может быть как кабельным, так и беспроводным.

Понимание типов топологии обеспечивает основу для построения успешной сети. Существует несколько топологий, но наиболее распространенными являются шина, кольцо, звезда и сетка:

При топологии шинной сети каждый сетевой узел напрямую подключен к основному кабелю.

В кольцевой топологии узлы соединены в петлю, поэтому каждое устройство имеет ровно двух соседей. Соседние пары соединяются напрямую; несмежные пары связаны косвенно через несколько узлов.

В топологии звездообразной сети все узлы подключены к одному центральному концентратору, и каждый узел косвенно подключен через этот концентратор.

сетчатая топология определяется перекрывающимися соединениями между узлами. Вы можете создать полносвязную топологию, в которой каждый узел в сети соединен со всеми остальными узлами. Вы также можете создать топологию частичной сетки, в которой только некоторые узлы соединены друг с другом, а некоторые связаны с узлами, с которыми они обмениваются наибольшим количеством данных. Полноячеистая топология может быть дорогостоящей и трудоемкой для выполнения, поэтому ее часто используют для сетей, требующих высокой избыточности. Частичная сетка обеспечивает меньшую избыточность, но является более экономичной и простой в реализации.

Безопасность

Безопасность компьютерной сети защищает целостность информации, содержащейся в сети, и контролирует доступ к этой информации. Политики сетевой безопасности уравновешивают необходимость предоставления услуг пользователям с необходимостью контроля доступа к информации.

Существует много точек входа в сеть. Эти точки входа включают аппаратное и программное обеспечение, из которых состоит сама сеть, а также устройства, используемые для доступа к сети, такие как компьютеры, смартфоны и планшеты. Из-за этих точек входа сетевая безопасность требует использования нескольких методов защиты. Средства защиты могут включать брандмауэры — устройства, которые отслеживают сетевой трафик и предотвращают доступ к частям сети на основе правил безопасности.

Процессы аутентификации пользователей с помощью идентификаторов пользователей и паролей обеспечивают еще один уровень безопасности. Безопасность включает в себя изоляцию сетевых данных, чтобы доступ к служебной или личной информации был сложнее, чем к менее важной информации. Другие меры сетевой безопасности включают обеспечение регулярного обновления и исправления аппаратного и программного обеспечения, информирование пользователей сети об их роли в процессах безопасности и информирование о внешних угрозах, осуществляемых хакерами и другими злоумышленниками. Сетевые угрозы постоянно развиваются, что делает сетевую безопасность бесконечным процессом.

Использование общедоступного облака также требует обновления процедур безопасности для обеспечения постоянной безопасности и доступа. Для безопасного облака требуется безопасная базовая сеть.

Ознакомьтесь с пятью основными соображениями (PDF, 298 КБ) по обеспечению безопасности общедоступного облака.

Ячеистые сети

Как отмечалось выше, ячеистая сеть — это тип топологии, в котором узлы компьютерной сети подключаются к как можно большему количеству других узлов. В этой топологии узлы взаимодействуют друг с другом, чтобы эффективно направлять данные к месту назначения. Эта топология обеспечивает большую отказоустойчивость, поскольку в случае отказа одного узла существует множество других узлов, которые могут передавать данные. Ячеистые сети самонастраиваются и самоорганизуются в поисках самого быстрого и надежного пути для отправки информации.

Тип ячеистых сетей

Существует два типа ячеистых сетей — полная и частичная:

В полной ячеистой топологии каждый сетевой узел соединяется со всеми остальными сетевыми узлами, обеспечивая высочайший уровень отказоустойчивости. Однако его выполнение обходится дороже. В топологии с частичной сеткой подключаются только некоторые узлы, обычно те, которые чаще всего обмениваются данными.
беспроводная ячеистая сеть может состоять из десятков и сотен узлов. Этот тип сети подключается к пользователям через точки доступа, разбросанные по большой территории.

Балансировщики нагрузки и сети

Балансировщики нагрузки эффективно распределяют задачи, рабочие нагрузки и сетевой трафик между доступными серверами. Думайте о балансировщиках нагрузки как об управлении воздушным движением в аэропорту. Балансировщик нагрузки отслеживает весь трафик, поступающий в сеть, и направляет его на маршрутизатор или сервер, которые лучше всего подходят для управления им. Цели балансировки нагрузки – избежать перегрузки ресурсов, оптимизировать доступные ресурсы, сократить время отклика и максимально увеличить пропускную способность.

Полный обзор балансировщиков нагрузки см. в разделе Балансировка нагрузки: полное руководство.

Сети доставки контента

Сеть доставки контента (CDN) – это сеть с распределенными серверами, которая доставляет пользователям временно сохраненные или кэшированные копии контента веб-сайта в зависимости от их географического положения. CDN хранит этот контент в распределенных местах и предоставляет его пользователям, чтобы сократить расстояние между посетителями вашего сайта и сервером вашего сайта. Кэширование контента ближе к вашим конечным пользователям позволяет вам быстрее обслуживать контент и помогает веб-сайтам лучше охватить глобальную аудиторию. CDN защищают от всплесков трафика, сокращают задержки, снижают потребление полосы пропускания, ускоряют время загрузки и уменьшают влияние взломов и атак, создавая слой между конечным пользователем и инфраструктурой вашего веб-сайта.

Прямые трансляции мультимедиа, мультимедиа по запросу, игровые компании, создатели приложений, сайты электронной коммерции — по мере роста цифрового потребления все больше владельцев контента обращаются к CDN, чтобы лучше обслуживать потребителей контента.

Компьютерные сетевые решения и IBM

Компьютерные сетевые решения помогают предприятиям увеличить трафик, сделать пользователей счастливыми, защитить сеть и упростить предоставление услуг.Лучшее решение для компьютерной сети, как правило, представляет собой уникальную конфигурацию, основанную на вашем конкретном типе бизнеса и потребностях.

Сети доставки контента (CDN), балансировщики нагрузки и сетевая безопасность — все это упомянуто выше — это примеры технологий, которые могут помочь компаниям создавать оптимальные компьютерные сетевые решения. IBM предлагает дополнительные сетевые решения, в том числе:

— это устройства, которые дают вам улучшенный контроль над сетевым трафиком, позволяют повысить производительность вашей сети и повысить ее безопасность. Управляйте своими физическими и виртуальными сетями для маршрутизации нескольких VLAN, для брандмауэров, VPN, формирования трафика и многого другого. обеспечивает безопасность и ускоряет передачу данных между частной инфраструктурой, мультиоблачными средами и IBM Cloud. — это возможности безопасности и производительности, предназначенные для защиты общедоступного веб-контента и приложений до того, как они попадут в облако. Получите защиту от DDoS, глобальную балансировку нагрузки и набор функций безопасности, надежности и производительности, предназначенных для защиты общедоступного веб-контента и приложений до того, как они попадут в облако.

Сетевые сервисы в IBM Cloud предоставляют вам сетевые решения для повышения трафика, обеспечения удовлетворенности ваших пользователей и легкого предоставления ресурсов по мере необходимости.

Развить сетевые навыки и получить профессиональную сертификацию IBM, пройдя курсы в рамках программы Cloud Site Reliability Engineers (SRE) Professional.

Сеть состоит из двух или более компьютеров, связанных между собой для совместного использования ресурсов (например, принтеров и компакт-дисков), обмена файлами или обеспечения электронной связи. Компьютеры в сети могут быть связаны кабелями, телефонными линиями, радиоволнами, спутниками или лучами инфракрасного света.

Два очень распространенных типа сетей включают:

Вы также можете увидеть ссылки на городские сети (MAN), беспроводную локальную сеть (WLAN) или беспроводную глобальную сеть (WWAN).

Локальная сеть

Локальная вычислительная сеть (LAN) – это сеть, ограниченная относительно небольшой территорией. Как правило, это ограничено географической областью, такой как письменная лаборатория, школа или здание.

Компьютеры, подключенные к сети, обычно классифицируются как серверы или рабочие станции. Серверы, как правило, не используются людьми напрямую, а работают непрерывно, предоставляя «услуги» другим компьютерам (и их пользователям-людям) в сети. Предоставляемые услуги могут включать в себя печать и отправку факсов, хостинг программного обеспечения, хранение и совместное использование файлов, обмен сообщениями, хранение и извлечение данных, полный контроль доступа (безопасность) к сетевым ресурсам и многое другое.

Рабочие станции называются так потому, что на них обычно есть человек, который через них взаимодействует с сетью. Рабочими станциями традиционно считались настольные компьютеры, состоящие из компьютера, клавиатуры, дисплея и мыши, или ноутбуки со встроенными клавиатурой, дисплеем и сенсорной панелью. С появлением планшетных компьютеров и устройств с сенсорным экраном, таких как iPad и iPhone, наше определение рабочей станции быстро расширилось и включает эти устройства из-за их способности взаимодействовать с сетью и использовать сетевые службы.

Серверы, как правило, более мощные, чем рабочие станции, хотя конфигурация определяется потребностями. Например, группа серверов может быть расположена в безопасном месте, вдали от людей, и доступ к ним возможен только через сеть. В таких случаях серверы обычно работают без специального дисплея или клавиатуры. Однако размер и скорость серверного процессора (процессоров), жесткого диска и оперативной памяти могут значительно увеличить стоимость системы. С другой стороны, рабочей станции может не требоваться столько места для хранения или оперативной памяти, но для удовлетворения потребностей пользователя может потребоваться дорогостоящий дисплей. Каждый компьютер в сети должен быть соответствующим образом настроен для его использования.

В одной локальной сети компьютеры и серверы могут быть соединены кабелями или по беспроводной сети. Беспроводной доступ к проводной сети возможен благодаря точкам беспроводного доступа (WAP). Эти устройства WAP обеспечивают мост между компьютерами и сетями. Типичная точка доступа может иметь теоретическую пропускную способность для подключения к сети сотен или даже тысяч беспроводных пользователей, хотя практическая пропускная способность может быть намного меньше.

Почти всегда серверы будут подключаться к сети кабелями, потому что кабельные соединения остаются самыми быстрыми. Стационарные рабочие станции (настольные) также обычно подключаются к сети кабелем, хотя стоимость беспроводных адаптеров снизилась до такой степени, что при установке рабочих станций в существующем помещении с неадекватной проводкой может быть проще и дешевле подключиться к сети. использовать беспроводную связь для рабочего стола.

Дополнительную информацию о настройке локальной сети см. в разделах «Топология», «Кабели» и «Оборудование» этого руководства.

Глобальная сеть

Глобальные сети (WAN) соединяют сети в более крупных географических регионах, таких как Флорида, США или по всему миру.Для подключения этого типа глобальной сети можно использовать выделенные трансокеанские кабельные или спутниковые каналы связи.

Используя глобальную сеть, школы Флориды могут связываться с такими местами, как Токио, за считанные секунды, не оплачивая огромные счета за телефон. Два пользователя на расстоянии полмира с рабочими станциями, оборудованными микрофонами и веб-камерами, могут проводить телеконференции в режиме реального времени. WAN — это сложно. Он использует мультиплексоры, мосты и маршрутизаторы для подключения местных и городских сетей к глобальным коммуникационным сетям, таким как Интернет. Однако для пользователей глобальная сеть не будет сильно отличаться от локальной сети.

Преимущества установки школьной сети

Управление доступом пользователей. Современные сети почти всегда имеют один или несколько серверов, что позволяет централизованно управлять пользователями и сетевыми ресурсами, к которым у них есть доступ. Учетные данные пользователя в частной и управляемой сети могут быть такими же простыми, как имя пользователя и пароль, но с постоянно растущим вниманием к проблемам компьютерной безопасности эти серверы имеют решающее значение для обеспечения того, чтобы конфиденциальная информация была доступна только авторизованным пользователям. Хранение и обмен информацией. Компьютеры позволяют пользователям создавать и манипулировать информацией. Информация в сети живет своей собственной жизнью. Сеть предоставляет как место для хранения информации, так и механизмы для обмена этой информацией с другими пользователями сети. Соединения. Администраторы, преподаватели и даже студенты и гости могут быть подключены к сети кампуса. Услуги. Школа может предоставлять такие услуги, как регистрация, школьные справочники, расписания курсов, доступ к исследованиям, учетные записи электронной почты и многие другие. (Помните, что сетевые службы обычно предоставляются серверами). Интернет. Школа может предоставить пользователям сети доступ к Интернету через интернет-шлюз. Вычислительные ресурсы. Школа может предоставить доступ к специализированным вычислительным устройствам, которыми отдельные пользователи обычно не владеют. Например, школьная сеть может иметь высокоскоростные высококачественные принтеры, стратегически расположенные по территории кампуса для использования инструкторами или учащимися. Гибкий доступ. Школьные сети позволяют учащимся получать доступ к своей информации с подключенных устройств по всей школе. Учащиеся могут начать задание в своем классе, сохранить часть его в общедоступной зоне сети, а после уроков пойти в медиацентр, чтобы закончить работу. Студенты также могут работать совместно через сеть. Вычисление рабочей группы. Программное обеспечение для совместной работы позволяет многим пользователям одновременно работать над документом или проектом. Например, преподаватели, работающие в разных школах округа, могут одновременно вносить свои идеи о новых стандартах учебной программы в один и тот же документ, электронные таблицы или веб-сайт.

Дорогая установка. Крупные сети кампусов могут иметь высокие цены. Кабели, сетевые карты, маршрутизаторы, мосты, брандмауэры, точки беспроводного доступа и программное обеспечение могут стоить дорого, а для установки, безусловно, потребуются услуги технических специалистов. Но благодаря простоте настройки домашних сетей простую сеть с доступом в Интернет можно настроить для небольшого кампуса за полдня. Требуется административное время. Надлежащее обслуживание сети требует значительного времени и опыта. Многие школы установили сеть только для того, чтобы обнаружить, что в бюджете не предусмотрена необходимая административная поддержка. Серверы выходят из строя. Хотя сетевой сервер не более подвержен сбоям, чем любой другой компьютер, когда файловый сервер «выходит из строя», вся сеть может остановиться. Хорошие методы проектирования сети говорят о том, что критически важные сетевые службы (предоставляемые серверами) должны быть избыточными в сети, когда это возможно. Кабели могут порваться. В главе «Топология» представлена информация о различных конфигурациях кабелей. Некоторые конфигурации предназначены для сведения к минимуму неудобств, связанных с оборванным кабелем; при других конфигурациях один оборванный кабель может остановить всю сеть. Безопасность и соответствие. Безопасность сети стоит дорого. Это также очень важно. Школьная сеть, возможно, будет подвергаться более строгим требованиям безопасности, чем корпоративная сеть аналогичного размера, из-за вероятности хранения личной и конфиденциальной информации пользователей сети, опасность которой может усугубляться, если какие-либо пользователи сети являются несовершеннолетними. Большое внимание необходимо уделять сетевым службам, чтобы обеспечить соответствие всего сетевого контента сетевому сообществу, которое он обслуживает.

4202 E. Fowler Ave., EDU162

Тампа, Флорида 33620

Доктор. Рой Винкельман, директор

Эта публикация была подготовлена в рамках гранта Министерства образования Флориды.

Информация, содержащаяся в этом документе, основана на информации, доступной на момент публикации, и может быть изменена.Несмотря на то, что были предприняты все разумные усилия для включения точной информации, Флоридский центр учебных технологий не дает никаких гарантий в отношении точности, полноты или пригодности информации, представленной здесь, для какой-либо конкретной цели. Ничто в данном документе не может быть истолковано как рекомендация использовать какой-либо продукт или услугу в нарушение существующих патентов или прав третьих лиц.

Архитектура компьютера связана с проектированием компьютеров, устройств хранения данных и сетевых компонентов, которые хранят и запускают программы, передают данные и управляют взаимодействием между компьютерами, сетями и пользователями. Компьютерные архитекторы используют параллелизм и различные стратегии организации памяти для проектирования вычислительных систем с очень высокой производительностью. Компьютерная архитектура требует тесного взаимодействия между компьютерными учеными и компьютерными инженерами, поскольку они оба в основном сосредоточены на разработке аппаратного обеспечения.

На самом базовом уровне компьютер состоит из блока управления, арифметико-логического блока (ALU), блока памяти и контроллеров ввода-вывода (I/O). АЛУ выполняет простые операции сложения, вычитания, умножения, деления и логические операции, такие как ИЛИ и И. В памяти хранятся инструкции и данные программы. Блок управления извлекает данные и инструкции из памяти и использует операции АЛУ для выполнения этих инструкций с использованием этих данных. (Блок управления и АЛУ вместе называются центральным процессором [ЦП].) Когда встречается инструкция ввода или вывода, блок управления передает данные между памятью и назначенным контроллером ввода-вывода. Скорость работы ЦП в первую очередь определяет скорость работы компьютера в целом. Все эти компоненты — блок управления, АЛУ, память и контроллеры ввода-вывода — реализованы на транзисторных схемах.

Компьютеры размещают веб-сайты, состоящие из HTML, и отправляют текстовые сообщения так же просто, как. РЖУ НЕ МОГУ. Взломайте этот тест, и пусть какая-нибудь технология подсчитает ваш результат и раскроет вам его содержание.

Компьютеры также имеют другой уровень памяти, называемый кешем, небольшой, чрезвычайно быстрый (по сравнению с основной памятью или оперативной памятью [ОЗУ]) блок, который можно использовать для хранения информации, которая срочно или часто требуется. Текущие исследования включают дизайн кэша и алгоритмы, которые могут предсказывать, какие данные потребуются в следующий раз, и предварительно загружать их в кэш для повышения производительности.

Контроллеры ввода-вывода подключают компьютер к определенным устройствам ввода (таким как клавиатуры и сенсорные дисплеи) для передачи информации в память и к устройствам вывода (таким как принтеры и дисплеи) для передачи информации из памяти пользователям. Дополнительные контроллеры ввода-вывода подключают компьютер к сети через порты, обеспечивающие канал, по которому передаются данные, когда компьютер подключен к Интернету.

К контроллерам ввода-вывода подключены вторичные устройства хранения, такие как дисковод, которые работают медленнее и имеют большую емкость, чем основная или кэш-память. Дисковые накопители используются для хранения постоянных данных. Они могут быть постоянно или временно подключены к компьютеру в виде компакт-диска (CD), цифрового видеодиска (DVD) или карты памяти (также называемой флэш-накопителем).

Работа компьютера после загрузки программы и некоторых данных в оперативную память происходит следующим образом. Первая инструкция передается из ОЗУ в блок управления и интерпретируется аппаратной схемой. Например, предположим, что инструкция представляет собой строку битов, которая является кодом для ЗАГРУЗКИ 10. Эта инструкция загружает содержимое ячейки памяти 10 в АЛУ. Выбирается следующая инструкция, скажем, ADD 15. Затем блок управления загружает содержимое ячейки памяти 15 в АЛУ и добавляет его к уже имеющемуся номеру. Наконец, инструкция STORE 20 сохранит эту сумму в ячейке 20. На этом уровне работа компьютера мало чем отличается от работы карманного калькулятора.

В целом, программы — это не просто длинные последовательности операций ЗАГРУЗКИ, СОХРАНЕНИЯ и арифметических операций. Самое главное, компьютерные языки включают условные инструкции — по сути, правила, которые гласят: «Если ячейка памяти n удовлетворяет условию a, выполните следующую команду с номером x». , иначе выполните инструкцию y». Это позволяет определять ход программы по результатам предыдущих операций — критически важная способность.

Наконец, программы обычно содержат последовательности инструкций, которые повторяются несколько раз до тех пор, пока заданное условие не станет истинным. Такая последовательность называется циклом. Например, потребуется цикл для вычисления суммы первых n целых чисел, где n — это значение, хранящееся в отдельной ячейке памяти. Компьютерные архитектуры, которые могут выполнять последовательности инструкций, условные инструкции и циклы, называются «полными по Тьюрингу», что означает, что они могут выполнять любой алгоритм, который может быть определен. Полнота по Тьюрингу — фундаментальная и важная характеристика любой компьютерной организации.

Логический дизайн — это область компьютерных наук, которая занимается проектированием электронных схем с использованием фундаментальных принципов и свойств логики (см. булева алгебра) для выполнения операций блока управления, ALU, контроллеры ввода-вывода и другое оборудование. Каждая логическая функция (И, ИЛИ и НЕ) реализуется устройством определенного типа, называемым логическим элементом. Например, схема сложения АЛУ имеет входы, соответствующие всем битам двух суммируемых чисел, и выходы, соответствующие битам суммы. Расположение проводов и вентилей, соединяющих входы и выходы, определяется математическим определением сложения. В конструкции блока управления предусмотрены схемы, интерпретирующие инструкции. Из-за потребности в эффективности логическая конструкция также должна оптимизировать схему для работы с максимальной скоростью и иметь минимальное количество логических элементов и цепей.

Важной областью, связанной с архитектурой, является разработка микропроцессоров, которые представляют собой полноценные ЦП — блок управления, АЛУ и память — на одном кристалле интегральной схемы. Дополнительная память и схема управления вводом-выводом связаны с этим чипом, чтобы сформировать законченный компьютер. Эти миниатюрные устройства содержат миллионы транзисторов, реализующих блоки обработки и памяти современных компьютеров.

Проектирование микропроцессора СБИС происходит в несколько этапов, включая создание начальной функциональной или поведенческой спецификации, кодирование этой спецификации на языке описания оборудования, разбивку конструкции на модули и создание размеров и форм для конечных компонентов микросхемы. Это также включает в себя планирование чипа, которое включает в себя создание «плана этажа», чтобы указать, где на чипе каждый компонент должен быть размещен и соединен с другими компонентами. Ученые-компьютерщики также участвуют в создании инструментов автоматизированного проектирования (САПР), которые помогают инженерам на различных этапах проектирования микросхем, а также в разработке необходимых теоретических результатов, таких как эффективное проектирование плана этажа с почти минимальной площадью, удовлетворяющей требованиям. заданные ограничения.

Прогресс в технологии интегральных схем был невероятным. Например, в 1971 году первый микропроцессорный чип (4004 корпорации Intel) имел всего 2300 транзисторов, в 1993 году чип Intel Pentium имел более 3 миллионов транзисторов, а к 2000 году количество транзисторов на таком чипе составило около 50 миллионов. Чип Power7, представленный IBM в 2010 году, содержал примерно 1 миллиард транзисторов. Явление, когда количество транзисторов в интегральной схеме удваивается примерно каждые два года, широко известно как закон Мура.

Закон Мура. Гордон Э. Мур заметил, что количество транзисторов на компьютерном чипе удваивается примерно каждые 18–24 месяца. Как показано на логарифмическом графике количества транзисторов в процессорах Intel на момент их появления, его «закон» соблюдался.

Отказоустойчивость — это способность компьютера продолжать работу при отказе одного или нескольких его компонентов. Для обеспечения отказоустойчивости ключевые компоненты часто реплицируются, чтобы при необходимости их мог взять на себя резервный компонент. Такие приложения, как управление воздушным судном и управление производственным процессом, работают на системах с резервными процессорами, готовыми взять на себя управление в случае отказа основного процессора, а резервные системы часто работают параллельно, поэтому переход происходит плавно. Если системы критичны в том смысле, что их сбой может привести к катастрофическим последствиям (как в случае управления воздушным судном), несовместимые результаты, полученные от реплицированных процессов, запущенных параллельно на отдельных машинах, разрешаются с помощью механизма голосования. Ученые-компьютерщики занимаются анализом таких реплицированных систем, предоставляя теоретические подходы к оценке надежности, достигаемой при данной конфигурации и параметрах процессора, таких как среднее время наработки на отказ и среднее время, необходимое для ремонта процессора. Отказоустойчивость также является желательной функцией в распределенных системах и сетях.Например, преимуществом распределенной базы данных является то, что данные, реплицированные на разных узлах сети, могут обеспечить естественный механизм резервного копирования в случае сбоя одного узла.

Вычислительные науки

Вычислительная наука применяет компьютерное моделирование, научную визуализацию, математическое моделирование, алгоритмы, структуры данных, сети, проектирование баз данных, символьные вычисления и высокопроизводительные вычисления для достижения целей различных дисциплин. Эти дисциплины включают биологию, химию, гидродинамику, археологию, финансы, социологию и судебную экспертизу. Вычислительная наука быстро развивалась, особенно из-за резкого роста объема данных, передаваемых с научных инструментов. Это явление получило название проблемы «больших данных».

Математические методы, необходимые для вычислительной науки, требуют преобразования уравнений и функций из непрерывных в дискретные. Например, компьютерное интегрирование функции на интервале выполняется не путем применения интегрального исчисления, а путем аппроксимации площади под графиком функции как суммы площадей, полученных при вычислении функции в дискретных точках. Точно так же решение дифференциального уравнения получается как последовательность дискретных точек, определяемых путем аппроксимации кривой истинного решения последовательностью касательных отрезков. При такой дискретизации многие проблемы можно преобразовать в уравнение, включающее матрицу (прямоугольный массив чисел), решаемую с помощью линейной алгебры. Численный анализ - это изучение таких вычислительных методов. При применении численных методов необходимо учитывать несколько факторов: (1) условия, при которых метод дает решение, (2) точность решения, (3) является ли процесс решения устойчивым (т. е. не показывает рост ошибки) , и (4) вычислительная сложность (в смысле, описанном выше) получения решения желаемой точности.

Требования к научным задачам, связанным с большими данными, включая решение все более крупных систем уравнений, включают использование больших и мощных массивов процессоров (называемых мультипроцессорами или суперкомпьютерами), которые позволяют выполнять множество вычислений параллельно, назначая их отдельные элементы обработки. Эти действия вызвали большой интерес к параллельной компьютерной архитектуре и алгоритмам, которые можно эффективно выполнять на таких машинах.

Графика и визуальные вычисления

Графика и визуальные вычисления — это область, связанная с отображением и управлением изображениями на экране компьютера. Эта область охватывает эффективную реализацию четырех взаимосвязанных вычислительных задач: рендеринг, моделирование, анимация и визуализация. Графические методы включают в себя принципы линейной алгебры, численного интегрирования, вычислительной геометрии, специального оборудования, форматов файлов и графических пользовательских интерфейсов (GUI) для выполнения этих сложных задач.

Применения графики включают САПР, изобразительное искусство, медицинскую визуализацию, визуализацию научных данных и видеоигры. CAD-системы позволяют использовать компьютер для проектирования объектов, начиная от деталей автомобилей и заканчивая мостами и компьютерными чипами, предоставляя интерактивный инструмент рисования и инженерный интерфейс для инструментов моделирования и анализа. Приложения для изобразительного искусства позволяют художникам использовать экран компьютера в качестве среды для создания изображений, кинематографических спецэффектов, анимационных мультфильмов и телевизионных рекламных роликов. Приложения медицинской визуализации включают визуализацию данных, полученных с помощью таких технологий, как рентген и магнитно-резонансная томография (МРТ), чтобы помочь врачам в диагностике заболеваний. Научная визуализация использует огромные объемы данных для моделирования научных явлений, таких как моделирование океана, для создания изображений, которые обеспечивают более глубокое понимание явлений, чем таблицы чисел. Графика также обеспечивает реалистичную визуализацию для видеоигр, моделирования полета и других представлений реальности или фантазии. Термин виртуальная реальность был придуман для обозначения любого взаимодействия с компьютерным виртуальным миром.

Изображение человеческого мозга, пораженного раком, полученное с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ). Ярко-синяя область указывает на то, что рак распространился на затылочную долю (внизу справа).

Задачей компьютерной графики является разработка эффективных алгоритмов, которые управляют множеством линий, треугольников и многоугольников, составляющих компьютерное изображение. Чтобы на экране отображались реалистичные изображения, каждый объект должен быть представлен как набор плоских единиц. Края должны быть сглажены и текстурированы так, чтобы их основная конструкция из полигонов не была очевидна невооруженным глазом. Во многих приложениях неподвижных изображений недостаточно, и требуется быстрое отображение изображений в реальном времени. Для выполнения анимации в реальном времени необходимы как чрезвычайно эффективные алгоритмы, так и самое современное оборудование.(Дополнительные технические сведения о графических дисплеях см. в см. компьютерную графику.)

Взаимодействие человека с компьютером

Взаимодействие человека с компьютером (HCI) связано с проектированием эффективного взаимодействия между пользователями и компьютерами и созданием интерфейсов, поддерживающих это взаимодействие. HCI происходит на интерфейсе, который включает в себя как программное, так и аппаратное обеспечение. Дизайн пользовательского интерфейса влияет на жизненный цикл программного обеспечения, поэтому он должен выполняться на ранних этапах процесса проектирования. Поскольку пользовательские интерфейсы должны учитывать различные пользовательские стили и возможности, исследования HCI опираются на несколько дисциплин, включая психологию, социологию, антропологию и инженерию. В 1960-х годах пользовательские интерфейсы состояли из компьютерных консолей, которые позволяли оператору напрямую вводить команды, которые можно было выполнить немедленно или в будущем. С появлением более удобных для пользователя персональных компьютеров в 1980-х годах пользовательские интерфейсы стали более сложными, так что пользователь мог «указать и щелкнуть», чтобы отправить команду в операционную систему.

Так возникла область гиперконвергентной инфраструктуры для моделирования, разработки и измерения эффективности различных типов интерфейсов между компьютерным приложением и пользователем, получающим доступ к его службам. Графические интерфейсы позволяют пользователям взаимодействовать с компьютером с помощью таких простых средств, как указание на значок с помощью мыши или прикосновение к нему стилусом или указательным пальцем. Эта технология также поддерживает оконные среды на экране компьютера, что позволяет пользователям одновременно работать с разными приложениями, по одному в каждом окне.

Ассоциированный специалист по прикладным наукам (A.A.S.) в области компьютерных сетевых технологий готовит студентов к работе со сложным современным компьютерным оборудованием. Студенты также получают углубленные инструкции по JCL, телекоммуникационным сетям и концепциям операционных систем. После успешного завершения этой программы выпускники могут поступить на работу на должности начального уровня или перейти в старшие колледжи, включая программу бакалавриата по компьютерным системам Нью-Йоркского технологического колледжа или степень бакалавра технических наук в Mercy College. в области кибербезопасности.

Клуб компьютерного программирования собирается по средам с 14:00 до 16:00. Отдел кибербезопасности в клубе поддерживает студентов в их усилиях по кибербезопасности посредством семинаров, технических бесед и проектов по кибербезопасности.

Познакомьтесь с карьерой

BMCC стремится к долгосрочному успеху студентов и поможет вам изучить профессиональные возможности. Не определились? Без проблем. Колледж предлагает Career Coach для получения информации о зарплате и трудоустройстве, объявлений о вакансиях и оценки самопознания, чтобы помочь студентам найти свой академический и карьерный путь. Посетите Career Express, чтобы назначить встречу с консультантом, найти работу или записаться на мероприятия по профессиональному развитию в Центре развития карьеры. Студенты также могут посетить Управление стажировок и экспериментального обучения, чтобы получить реальный опыт подготовки к получению четырехлетней степени и более. Эти возможности доступны, чтобы помочь студентам BMCC заложить основу для будущего успеха.

Параметры переноса

BMCC заключил соглашения о сотрудничестве с несколькими четырехлетними колледжами, чтобы вы могли беспрепятственно продолжить свое образование в них.

Для этих предлагаемых профессий может потребоваться степень бакалавра или выше.

Необходимое общее ядро

Гибкое ядро

Выберите 3 кредита из 1 из следующих областей:

Этот курс знакомит слушателей с принципами и теориями вычислений и обработки информации. Темы включают аппаратную и программную организацию, представление данных, разработку алгоритмов и сетевые принципы. Особое внимание будет уделяться созданию знаний из данных; влияние вычислений на повседневную жизнь; роль абстракции в решении задач; и реализация алгоритмов на различных платформах, включая Интернет.

Этот курс знакомит учащихся с теоретическими и практическими аспектами работы с компьютерами. Основной опыт лаборатории — завершение проектов по программированию с использованием четырехэтапного метода Пойи. Эти проекты были тщательно отобраны и заказаны, чтобы предоставить студенту опыт работы с фундаментальным управлением и структурами данных. Вся практическая работа по программированию выполняется на микрокомпьютерах.
Необходимые условия: CSC 101, GIS 101 или одобрение ведомства
Программа курса

Этот курс представляет собой введение в фундаментальные концепции и термины информатики, включая алгоритмы, методы решения задач, типы данных, концепцию циклов, условные операторы, модульное программирование, указатели, массивы, строки, базовую обработку файлов, структуры и простые классы. Студенты будут использовать язык программирования высокого уровня для решения различных задач. Условие: MAT 206 и [CSC 101 или одобрение департамента]

Требования к учебной программе

Курс охватывает основные принципы бухгалтерского учета и практическое использование инструментов и методов бухгалтерского учета. Охватываемые темы включают определение и объем бухгалтерского учета, учетные записи и процессы, книги первоначальной и последующей записи, рабочие листы, корректирующие и закрывающие записи, учет денежных средств, учет оборотных инструментов и учет заводских активов. Проводится расследование бухгалтерского учета предприятий сферы услуг и торговых предприятий.
Примечание: с весны 2014 года изменение кредита ACC 122 с 4 кредитов на 3 кредита.
Программа курса

В этом курсе рассматривается бизнес и промышленность США с точки зрения стратегии глобального роста. Акцент делается на развитие коммуникативных и количественных навыков, включая электронные таблицы Excel, и этической основы. Курс знакомит студентов с концепциями управления, организационной структуры, человеческих ресурсов, маркетинга, международного бизнеса, финансов, компьютерных информационных систем, бухгалтерского учета и экономики, а также побуждает студентов исследовать пути карьерного роста. Требуется для всех бизнес-специальностей.
Программа курса

Этот курс представляет собой введение в концепции и организацию операционных систем, а также управление аппаратными и программными ресурсами компьютера. Особое внимание уделяется управлению памятью, процессами, устройствами и файлами, а также утилитами операционной системы. Студентам будут предоставлены базовые практические знания о командах, функциях и подходах к управлению компьютерными операционными системами в различных средах операционных систем с использованием как графического пользовательского интерфейса (GUI), так и среды командной строки. Условие: CSC 101 или одобрение отдела

Этот курс познакомит учащихся с компьютерным программным обеспечением. Рассматриваемые темы будут включать установку, настройку, безопасность, обслуживание, администрирование и устранение неполадок операционной системы и другого программного обеспечения. Студенты рассмотрят двоичные, восьмеричные и шестнадцатеричные системы счисления, используемые в компьютерных системах. Отраслевая этика и пути развития карьеры будут пересмотрены.
Необходимое условие: CIS 165 или одобрение департамента
Программа курса

Этот курс является вводным курсом по телекоммуникационным сетям. Он охватывает основы сетевых концепций, таких как сетевая среда, топология, коммутация и управление. Он также будет включать введение в многоуровневую организацию открытого системного интерфейса (OSI) и функциональные возможности каждого уровня.
Необходимые условия: CSC 110, или CIS 165, или CSC 111, или разрешение отдела
Программа курса

Студенты знакомятся с операционной системой UNIX, ее внешними командами, внутренними структурами и возможностями обработки текста.
Необходимые условия: CSC 110, или CSC 111, или CIS 255, или разрешение отдела
Программа курса

Этот курс является вторым курсом по телекоммуникационным сетям с особым акцентом на локальные сети (LAN). Он охватывает основы технологии локальных сетей, такие как проводка и топология, а также внедрение и управление локальными сетями. Расширенные темы включают подключение к локальной сети и будущие направления развития локальной сети.
Необходимо: CIS 345
Программа курса

Читайте также: