Компьютерные системы и сети. Базовые понятия в области компьютерных систем

1.

Компьютерные системы и сети
Базовые понятия в области
компьютерных систем.
Олизарович Евгений Владимирович
ГрГУ им. Янки Купалы, 2024/2025

2.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Компьютерные системы
2024/2025
Компьютерная система (computer system) – это
система, в которой часть функций реализована с
использованием средств вычислительной
(микропроцессорной) техники.
Компьютерная система – это система, объединяющая
компьютеры, которые используют общие
информационные ресурсы, каналы связи, накопители,
периферийное оборудование,…

3.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Компьютерные системы
Компьютерная система
(computer system) – это
система, в которой часть
функций реализована с
использованием средств
вычислительной
(микропроцессорной)
техники.
2024/2025

4.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Компьютерные системы
Компьютерная система – это
система, объединяющая
компьютеры и периферийное
оборудование (принтеры,
сканеры, маршрутизаторы и т.д.)
в единую инфраструктуру.
2024/2025

5.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Что такое система?
2024/2025
Система:
новая функциональность, не равная сумме элементов,
наличие механизма управления,
существует цель создания, …
ОПТИМИЗАЦИЯ
- Специализация:
- по функциональному назначению
- по компонентам (отрасли)
- Нагрузочная способность
- количество записей
- количество страниц
- скорость обработки и передачи
- Количество пользователей
- Требования безопасности
- …
Разные:
технологии,
архитектуры,
языки,
СУБД,
серверы,
…

6.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Сложные системы
2024/2025
Декомпозиция:
• Модули
• Классы
• Таблицы
• Библиотеки, …
Внешние условия
вход
x
h
cистема
f
выход
y
y=f(x,h)
h
f2
вход
x
f4
f1
f3
выход
y

7.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Проектирование компьютерных систем
Модель
средство описания и исследования
реальных и проектируемых систем
упрощённое представление важнейших
свойств действительного объекта и/или
протекающих в нём процессов.
совокупность информации,
характеризующая существенные
свойства и состояния объекта,
процесса, явления, а также взаимосвязь
с внешним миром.
2024/2025

8.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Истина
2024/2025

9.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Модели, описывающие систему
Техническая
модель
Программная
модель
Модель
интерфейса
пользователя
Модель
обработки
данных
…
2024/2025

10.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Компоненты системы.
2024/2025

11.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Аппаратно-программная структура системы
2024/2025

12.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Узел компьютерной системы
2024/2025
Пользователь
Прикладные
программы
Прочие
системные
программы
Операционная
система
Аппаратное
обеспечение
Системные
программы
Программное
обеспечение

13.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Способы организации компьютерных систем
2024/2025
Однопроцессорные (одноядерные, многоядерные)
Аппаратное
обеспечение
Многопроцессорные (многоядерные, SMP, MPP)
Операционная
система
Сетевые (Internet, intranet, extranet, web, cloud, blockchain, …)
Прикладные
программы

14.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Сетевые/распределенные компьютерные системы
2024/2025
Сетевые (распределенные) компьютерные системы
создаются на основе множества самостоятельных
универсальных компьютерных узлов,
объединенных компьютерной сетью.

15.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Структура системы
2024/2025

16.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Структура системы
> 1 000 000 серверов;
200 000 сотрудников;
офисы в 40 странах;
алгоритмы и технологии;
исследовательский центр;
2 трлн. $ (Alphabet Inc.)
2024/2025

17.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Задачи курса
2024/2025

18.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Как это работает?
www.grsu.by
2024/2025
?

19.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Как это работает?
2024/2025
www.grsu.by
?
Физический доступ к сети.
Адресация и доставка.
Программная совместимость.
Безопасность.
Правила передачи - протоколы

20.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Сеть – сложная система
2024/2025
Сервер
приложений
ЛВС
СУБД
GigabitEthernet
ЛВС
ЛВС
Wi-Fi
Web-сервер
ЛВС
Интернет
HTTP, SMTP
ЛВС
LTE
DNSсервер

21.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Программист и компьютерные сети
Программист
Компьютерная сеть
Пользователь
Администратор
сети
Разработчик
системного ПО
Разработчик
аппаратного ПО
Разработчик
технологий
передачи
Математика: алгоритмы передачи,
защиты, уплотнения, …
Интерфейс доступа,
возможности,
ограничения
Разработчик
прикладного ПО
2024/2025
Прикладное сетевое
программное обеспечение
Системное программное
обеспечение (драйверы)
Аппаратное
программное обеспечение
Аппаратные средства
(радиоэлектроника)
Физика: среда передачи

22.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Задачи курса
2024/2025
Изучить способы организации внутренней
программно-аппаратной и логической структуры
компьютерных систем и сетей.
Научиться анализировать функциональные
возможности (в т.ч. недокументированные) и
ограничения, определяемые структурой системы.

23.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Литература
2024/2025
!
- Олифер В.Г., Олифер Н.А.,
Компьютерные сети. Принципы,
технологии, протоколы: Юбилейное
издание. Учебник для вузов. – 6-е
изд. – СПб.: Питер, 2020.
- Таненбаум Э., Уэзеролл Д.,
Компьютерные сети. – 5-е изд. – СПб.:
Питер, 2019.
- Э. Таненбаум, М. ван Стеен.
Распределенные системы. Принципы и
парадигмы — СПб.: Питер, 2003. — 877 с.
- Локальные вычислительные сети :
пособие / В. А. Волчок, Е. В. Олизарович.

24.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Источники информации
2024/2025
Производители оборудования
cisco.com, intel.com, arm.com, …
Производители ПО
docs.microsoft.com, github.com, …
Стандарты ieee.com, rfc-editor.org, …
Community www.wikipedia.org, habr.com, …

25.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Назначение компьютерных сетей
2024/2025
- использование информационных (Интернет) систем
общего пользования (веб-сайты, базы данных,
“облачные” среды, информационно-коммуникационные
сервисы, …)
- совместное использование устройств и каналов связи
(Интернет, серверы, дисковые хранилища, принтеры,
факсы,...)
- передача данных между устройствами (компьютеры,
серверы, телеметрические системы и др.)
- организация параллельных вычислений, в т.ч.
территориально распределенных
- ….

26.

!
Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Проблемы сетевого взаимодействия
2024/2025
запрос
ответ
1. Физический доступ к сети (интерфейс, совместимость).
2. Логический доступ к сети (очередность, повтор передачи).
3. Доставка (адресация, маршрутизация, приоритетность).
4. Платформо-независимость (аппаратная, программная).
5. Организация совместного доступа (очереди, транзакции).
6. Безопасность (защита данных, надежность каналов).

27.

!
Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Клиенты и серверы сети
ХОСТ – устройство (компьютер, смартфон,
датчик, др.), подключенное к сети.
СЕРВЕР – компьютер (хост) или ПО,
предоставляющее свои ресурсы.
КЛИЕНТ – компьютер (хост) или ПО,
использующий ресурсы, предоставляемые
другими серверами.
! Сервер не соединяет компьютеры физически !
2024/2025

28.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Классификация компьютерных сетей
2024/2025
Классификация сетей:
- по масштабу и управлению: локальные и глобальные
(распределенные), городские, персональные,…
- по архитектуре: Ethernet, Arcnet, SDH, ATM, Wi-Fi,
Bluetooth,...
- по способу соединения узлов
- по проводящей среде: кабельные и беспроводные
- по способам обработки информации (сервер,
распределенные, облачные)
- по операционной системе
-…
Информационно-коммуникационные сети

29.

!
Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Компоненты компьютерной сети
Компьютерная сеть включает:
Правила (протоколы) передачи
Компьютеры или абонентские
устройства на их основе
Коммуникационное оборудование
Линии и каналы передачи данных
Операционные системы
Сетевые приложения
2024/2025
Компьютерная сеть (network) - это
совокупность компьютеров, связанных
коммуникационной
системой
и
снабженных специальным программным
обеспечением, которое обеспечивает
передачу данных в соответствии с
заданными правилами (протоколами).

30.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Срок эксплуатации
2024/2025

31.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
История компьютерных сетей
~1950-1970 г.г.
~1980-е
2024/2025
~1970-е
~1990-е

32.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
История компьютерных сетей
~ 2000-… г.г.
2024/2025

33.

!
Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Пакеты и сигналы
2024/2025
Передача
информации
Пакет – минимальный
блок информации,
передаваемой по
компьютерной сети
Технические
коммуникации
Сигнал – изменяющая
во времени физическая
величина используемая
для передачи пакетов
по каналу связи

34.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Пакет данных
2024/2025
Пакет (web-страница)
адрес
Шестнадцатеричное представление данных
Символьное представление данных
0000 00 40 ca dd e4 3e 00 0c 29 85 52 1f 08 00 45 00 .@...>.. ).R...E.
0010 05 ac 16 8b 40 00 80 06 bc 6e 0a 1f 01 4a 0a 1f ....@... .n...J..
0020 0c cb 00 50 c4 47 95 d6 80 08 27 fa 5f bb 50 18 ...P.G.. ..'._.P.
0030 fc 40 79 0e 00 00 3c 21 44 4f 43 54 59 50 45 20 .@y...<! DOCTYPE
0040 68 74 6d 6c 20 50 55 42 4c 49 43 20 22 2d 2f 2f html PUB LIC "-//
0050 57 33 43 2f 2f 44 54 44 20 58 48 54 4d 4c 20 31 W3C//DTD XHTML 1
0060 2e 30 20 54 72 61 6e 73 69 74 69 6f 6e 61 6c 2f .0 Trans itional/
0070 2f 45 4e 22 20 22 68 74 74 70 3a 2f 2f 77 77 77 /EN" "ht tp://www
0080 2e 77 33 2e 6f 72 67 2f 54 52 2f 78 68 74 6d 6c .w3.org/ TR/xhtml
0090 31 2f 44 54 44 2f 78 68 74 6d 6c 31 2d 74 72 61 1/DTD/xh tml1-tra
00a0 6e 73 69 74 69 6f 6e 61 6c 2e 64 74 64 22 3e 0a nsitiona l.dtd">.
00b0 3c 68 74 6d 6c 20 78 6d 6c 6e 73 3d 22 68 74 74 <html xm lns="htt
00c0 70 3a 2f 2f 77 77 77 2e 77 33 2e 6f 72 67 2f 31 p://www. w3.org/1
00d0 39 39 39 2f 78 68 74 6d 6c 22 20 6c 61 6e 67 3d 999/xhtm l" lang=
00e0 22 72 75 22 20 64 69 72 3d 22 6c 74 72 22 3e 0a "ru" dir ="ltr">.
00f0 3c 68 65 61 64 3e 0a 3c 74 69 74 6c 65 3e d0 9a <head>.< title>..
0100 d0 b0 d1 82 d0 b5 d0 b3 d0 be d1 80 d0 b8 d1 8f ........ ........
0110 3a d0 90 d1 80 d1 82 d0 b8 d1 81 d1 82 d1 8b 20 :....... .......
0120 e2 80 94 20 d0 92 d0 b8 d0 ba d0 b8 d0 bf d0 b5 ... .... ........
0130 d0 b4 d0 b8 d1 8f 3c 2f 74 69 74 6c 65 3e 0a 3c ......</ title>.<
0140 6d 65 74 61 20 68 74 74 70 2d 65 71 75 69 76 3d meta htt p-equiv=
0150 22 43 6f 6e 74 65 6e 74 2d 54 79 70 65 22 20 63 "Content -Type" c
0160 6f 6e 74 65 6e 74 3d 22 74 65 78 74 2f 68 74 6d ontent=" text/htm
0170 6c 3b 20 63 68 61 72 73 65 74 3d 55 54 46 2d 38 l; chars et=UTF-8

35.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Пакетная передача информации
2024/2025

36.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Модели телекоммуникационных сетей
Сигналинформация
Сигналинформация
XX век
Пакетинформация
2024/2025

37.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Модель мультисервисной сети
Пакет-информация
Сигналинформация
Пакетинформация
XXI век
Информационные
сети
2024/2025

38.

!
Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Каналы связи
Коммутация каналов
2024/2025
Коммутация пакетов

39.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Аналого-цифровое преобразование
Источник
АЦП
Модулятор/
передатчик
Приёмник/
демодулятор
2024/2025
ЦАП
Получатель

40.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Скорость передачи
2024/2025
Эффективная скорость передачи
бит в секунду - б/с, бит/с, bps, Кbps, Mbps, Gb/s
байт в секунду - Б/с, Bps
Техническая скорость передачи
бод в секунду - Бод, Baud
1 Гб/с = 1000 Мб/с = 1000000 кб/с = 1000000000 б/с
1 Гиб/с = 1024 Мeб/с = 1 048 576 Киб/с = 1 073 741 824 б/с
Гибибит

41.

!
Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Скорость передачи
Локальная сеть – 1Гб/с
Серверная комната – 10-100 Гб/с
5G - 1-2 Гб/с
3G – 14 - 80 Мб/с
WiFi – 100 Мб/с - 6 Гб/c
марсоход Curiosity – 32 кб/с, 2 Мб/с
GPS – 50 б/с, 1Мб/с
2024/2025

42.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Среда передачи данных
2024/2025
Технические коммуникации
(среда передачи)

43.

!
Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Системы счисления
2024/2025
8 Аh
1000
8
1010
4 2 1
8
4 2 1
10001010
128
64 32
16
8
4
128+8+2 = 138
2
1

44.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Схемы сетей
Схемы соединений
MS Visio
2024/2025

45.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Схемы сетей
Cisco Packet Tracer
2024/2025

46.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Схемы сетей
2024/2025

47.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Схемы сетей
2024/2025
4 этаж
403
401
404_1 404_2
406
407_1 407_2
a404
a406
407
400a
407
407
407
414_1414_2
4 этаж
a401
a403
a407
10/100 Mb HUB a408
16 port
10/100
a414
a407
a400a
3 ЭТАЖ
10 Mb HUB a407
8 port
Коммутатор sw2 (a315a)
24x100
10
301_1 301_2
302_1 302_2
303a
304_1 304_2 314_1 314_3 314_5
303
307
306
308_1 308_2
309
310
311_1
326 327_1
313
311_2
314_2 314_4 314_6
3 этаж
313
328
329
330_1
335 b
335_1
330_2
327_2
322_1
336
325_2
322_3
a302
a301
100
a304
a303
a314
10 Mb HUB a302
8 port
a306 a307
10 Mb HUB a314
8 port
a309
a308
a310 a311
a313 a326 a327 a328 a329 a330 a335
a335b
a336
325a
325_1
322_2
335_2
a322
325_3
a325a
a325
10 Mb HUB a306
32 port
2 ЭТАЖ
10
204_1 204a207_1208_1
201_1202_1202_6
201_2202_2
202_7 204_2
207_2208_2
202_3
201_3
202_4
2 этаж
218
сцена 208_1 220 221_1
219
219a
222_1 223
208_2
221_2 222_2
207_3 208
208_3
221_3 222_3
207_4 208_b
208_4
223 224 224 224
227a 227a 227
223
224 224 224
227a 227a
224 224 224
227a 227a
224 224 224
227a 227a
223
227
a201 a202
a204
a208aa220a221a222
a223
a224
a227a
230a
228 230_2
226 226a
211_1
211_6 211_11
211_2
231_2
230_3
231_3
227
a227
a230
a228
211_1
211
211_8
211_4
211_9
211_5 211_10
230a
a229
211_7
211_3
230a
227
227
a207 a208a218 a219
230_1 230_4 231_1
228
229
227
227
227
229
227
227
208_b
202_5
227
227
227
a230
211_6 211_11 212_1 212_6
211_2
211_3
212_2
211_8
211_4
215_1
212_7
holl
216
215_2
217
212_3
211_9
212_4
211_5 211_10
212_5
a211a
a211
a226
211
211_7
a212 a215 a holl a216
10
10/100
10 Mb HUB a202a
16 port
10/100
10 Mb HUB a208а
10 Mb HUB a221
10/100 Mb HUB a219
8 port
16 port
16 port
10
10 Mb HUB a224
16 port
10 Mb switch a227a
16 port
10 Mb HUB a227
16 port
10 Mb HUB a211
16 port
10 Mb HUB a227a
32 port
10/100 Mb HUB a212
16 port
10 Mb HUB a211a
16 port
1 ЭТАЖ
100
101
100
101
101 102a 102b
117 104a 105_1 105_6 105_8
103_2
116_1
103_1
116_2
101 102a 102b 102c
1 этаж
106 105_2
116_3
105_3
a102
10/100
10/100 Mb HUB a102_1
16 port
124
99 столов 108 108 108 108
109
109
109
109
109
109
109
109
109
109
113
115_1115_2115_3 библ.1библ.3 библ.5 библ.7
библ.2 библ.4 библ.6
109
110_1110_3 110_5
110_2 110_4 110_6
a103
10
a116 a117 a106
10/100
10/100 Mb HUB a102_2
16 port
108 108 108
a105
105_11
108 108
a107
10/100
10/100 Mb HUB a105
16 port
a125 a124a99
a109
a108
Коммутатор sw1 (a110)
a113
24x100
а библ.
a115
10/100 Mb HUB a110a
16 port а 110
10/100
10/100 Mb HUB 107
16 port
10
10/100 Mb HUB a108
16 port
100
Коммутатор sw1 (a110)
24x100
109 109
108 108 108 108
124
105_7 105_10
107_3 107_9 107_9
105_4
a101
125
10
103_3
102a 102b 102c
100
a100
107_1 107_4 107_7
105_5 105_9 107_2 107_5 107_8
100
10 Mb HUB a109
16 port
10
10 Mb HUB a116a
16 port
подпись
дата
01.02.03
ЛВС ГрГУ им. Я.Купалы
Главный корпус.
листов
лист
1
1

48.

Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Схемы сетей
Строительные схемы
2024/2025

49.

! !
Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Базовые сетевые модели
2024/2025
Обработка данных
Программная
модель «клиент сервер»
Приложение клиент
Приложение сервер
Передача данных
Модель сетевого
взаимодействия
(ВОС, TCP/IP )
Компьютер
(хост)-клиент
Компьютер (хост)сервер

50.

!
Компьютерные системы и сети ГрГУ им. Янки Купалы
Компоненты ОС Windows
2024/2025

51.

Компьютерные системы и сети
Олизарович Евгений Владимирович
ГрГУ им. Янки Купалы, 2024/2025