Лекция 7. Компьютерные сети. Локальные сети

Компьютерная вычислительная сеть - это совокупность компьютеров и терминалов, соединённых с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределённой обработки данных.

Все компьютерные сети имеют одно назначение - обеспечение совместного доступа к общим ресурсам. Ресурсы бывают трех типов: аппаратные, программные и информационные. Данные, хранящиеся на удаленных компьютерах, образуют информационный ресурс.

В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети разделяют на глобальные, региональные и локальные.

Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети осуществляется на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи.

Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Расстояние между абонентами составляют десятки - сотни километров.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. К ним относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов т.д. Протяжённость такой сети можно ограничить пределами нескольких километров. Практика применения ПК в различных отраслях науки, техники и производства показала, что наибольшую эффективность от внедрения вычислительной техники обеспечивают не отдельные автономные ПК, а локальные вычислительные сети.

Любая коммуникационная сеть должна включать следующие основные компоненты: передатчик (устройство, являющееся источником данных), сообщение (цифровые данные определённого формата, предназначенные для передачи), средства передачи (физическая передающая среда и специальная аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений), приёмник (устройство, принимающее данные). В локальных вычислительных сетях в качестве передающей среды используются витая пара проводов, коаксиальный и оптоволоконный кабель.

Существует три режима передачи данных: симплексный (передача данных только в одном направлении), полудуплексный (попеременная передача данных, когда источник и приёмник последовательно меняются местами) и дуплексный (одновременные передача и приём информации).

Для передачи информации по каналам связи используются специальные коды, стандартизированные и определённые рекомендациями ISO (International Organization for Standardizations) – Международной организации по стандартизации. Наиболее распространённым кодом по каналам связи является код ASCII, принятый для обмена информацией во всём мире.

При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. Для создания компьютерных сетей необходимо специ­альное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и специальное программ­ное обеспечение (сетевые программные средства

Под архитектурой вычислительной сети понимается описание её общей модели. Общая модель вычислительной сети определяет характеристики сети в целом и характеристики и функции входящих в неё основных компонентов.

Согласно модели ISO/OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней — до семи). Самый верхний уровень — приклад­ной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Самый нижний уровень — физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройства­ми. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний. Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (про­граммные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы под­держки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.

Компьютерные сети, в которых нет выделенного сервера, а все локальные компьютеры могут общаться друг с другом на равных правах, называются одноранговыми.

Группы сотрудников, работающих над одним проектом в рамках локальной сети, называются рабочими группами

Совокупность приемов разделения и ограни­чения прав участников компьютерной сети называется политикой сети. Управле­ние сетевыми политиками (их может быть несколько в одной сети) называется администрированием сети. Лицо, управляющее организацией работы участников локальной компьютерной сети, называетсясистемным администратором. Для связи между собой нескольких локальных сетей, работающих по разным про­токолам, служат специальные средства, называемые шлюзами. Для обеспечения сетевой безопасности между локальной и глобальной сетью уста­навливают так называемые брандмауэры - специальные компьютеры или программы, препятствующие несанкционированному перемещению данных между сетями.

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Многообразие производителей вычислительных сетей и сетевых программных продуктов поставило проблему объединения сетей различных архитектур. Для её решения была разработана модель архитектуры открытых систем распределённой сети (схема фрагмента - рис.5.1.).

Открытой системой является система, взаимодействующая с другими системами в соответствии с принятыми стандартами. Обмен данными между удалёнными пользователями, находящимися, возможно, на разных континентах, в модели ISO / OSI происходит на семи уровнях:

1. На прикладном уровне с помощью специальных приложений пользователь создает документ (сообщение, рисунок и т.п.).

2. На уровне представления операционная система его компьютера фиксирует, где находятся созданные данные (в оперативной памяти, в файле на жестком диске и т. п.), и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем.

На сеансовом уровне компьютер пользователя взаимодействует с локальной или глобальной сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя на выход в эфир и передают документ к протоколам транспортного уровня.

На транспортном уровне документ преобразуется в ту форму, в которой принято передавать данные в используемой сети. Например, документ может разделяться на небольшие пакеты стандартного размера.

Сетевой уровень определяет маршрут движения данных в сети. Так, например, если на транспортном уровне данные были поделены на пакеты, то на сетевом уровне каждый пакет должен получить адрес, по которому он должен быть доставлен независимо от прочих пакетов.

Уровень канального соединения необходим для того, чтобы промодулировать сигналы, цир­кулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученными с сетевого уровня. Например, в компьютере эти функции выполняет сетевая карта или модем.

Реальная передача данных происходит на физическом уровне. Здесь нет ни документов, ни пакетов, ни даже байтов — только биты, то есть, элементарные единицы представления данных. Восстановление документа из них происходит постепенно, при переходе с нижнего на верхний уровень на компьютере клиента. Средства физического уровня лежат за пределами компьютера. В локальных сетях это оборудование самой сети. При удаленной связи с использованием телефонных модемов это линии телефонной связи, коммутационное оборудование телефонных станций и т. п.

На компьютере получателя информации происходит обратный процесс преобразования данных от битовых сигналов до документа.

Сетевые службы.На виртуальных соединениях основаны все службы современ­ного Интернета. Так, например, пересылка сообщения от сервера к клиенту может проходить через десятки различных компьютеров.

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Обработка дан­ных в этом случае распределена между двумя объектами: клиентом и сервером. Клиентом могут быть задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети. В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для вы­полнения сложных процедур, чтение файла, поиск информации в базе данных и т. д. Сервер выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту. Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя. В принципе обработка данных может быть выполнена и на сервере. Для подобных систем приняты термины — системы клиент-сервер или ар­хитектура клиент-сервер. Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых локальных вы­числительных сетях, так и в сети с выделенным сервером.

Одноранговая сеть. В такой сети нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого устройства для хранения данных. К достоинствам одноранговых сетей можно отнести низкую стоимость и высокую надежность, к недостаткам - зависимость эффективности работы сети от количества станций; сложность управления сетью, сложность обеспечения защиты информации, трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.

Сеть с выделенным сервером. В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочи­ми станциями, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций. Такой компьютер обычно называют сервером сети. На сетевом сервере устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства — жест­кие диски, принтеры и модемы. Взаимодействие между рабочими станциями в сети осуществляется через сервер. Логическая организация такой сети может быть представлена топологией звезда.

Достоинства сети с выделенным сервером - надежная система защиты информации, высокое быстродействие, отсутствие ограничений на число рабочих станций, простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.

Недостатки сети - высокая стоимость из-за выделения одного компьютера под сервер, зависимость быстродействия и надежности сети от сервера, меньшая гибкость по сравнению с одноранговой сетью.

Физическая среда обеспечивает перенос информации между абонентами вычислительной сети. Физическая передающая среда ЛВС представлена тремя типами кабелей: витая пара проводов, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель. Витая пара состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой. .). Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Самый простой вариант витой пары - телефонный кабель.

Основной недостаток витой пары — плохая помехозащищенность и низкая скорость передачи информации — 0,25 - 1 Мбит/с. Технологические усовершенствования позволяют повысить скорость передачи и помехозащищенность (экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость передающей среды.

Коаксиальный кабель (рис. 5.3.) по сравнению с витой парой обладает более высокой механической прочностью, помехозащищенностью и обеспечивает скорость пере­дачи информации до 10-50 Мбит/с.

Оптоволоконный кабель (рис. 5.4.) - идеальная передающая среда. Он не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения. Это позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации. Скорость передачи информации по оптоволоконному кабелю более 50 Мбит/с.

Лекция 8. Интернет. Протокол связи TCP\IP. Службы интернета.

В дословном переводе на русский язык Интернет — это межсетъ, объединение сетей. В последние годы Интернет стал всемирной компьютерной сетью, которую можно рассматривать в физическом смысле как несколько миллионов компьютеров, связанных друг с другом всевозможными линиями связи. Более правильно рассматривать Интернет как информационное пространство.

Данные, которые компьютеры посылают друг другу, разбиваются на пакеты, и даже в одном сеансе связи разные пакеты одного сообщения могут пройти разными маршрутами. При этом они все равно достигнут пункта назначения и будут собраны вместе в единый доку­мент. При этом данные, отправленные позже, могут прийти раньше, но это не поме­шает правильно собрать документ воедино, поскольку каждый пакет имеет свою маркировку.

Таким образом, Интернет представляет собой виртуальное пространство, внутри кото­рого осуществляется непрерывная циркуляция данных. Его можно сравнить с теле- и радиоэфиром, однако в эфире никакая информация храниться не может, а в Интернете она перемещается между компьютерами, составляющими узлы сети, и хранится на их жестких дисках.

Начало Интернету в совре­менном понимании положила стандартизация протокола связи TCP/IP, лежащего в основе Всемирной сети по нынешний день.

Требуется уточнить, что TCP/IP — это не один сетевой протокол, а два протокола, лежащих на разных уровнях (это так называемый стек протоколов). Протокол TCP — протокол транспортного уровня. Он управляет тем, как происходит передача информации. Протокол IP — адресный. Он принадле­жит сетевому уровню и определяет, куда происходит передача.

Протокол TCP. Согласно протоколу TCP, отправляемые данные разделяются на небольшие пакеты, после чего каждый пакет маркируется так, чтобы в нем были данные, необходимые для правильной сборки документа на компьютере получателя.

Протокол IP. Суть адресного протокола - IP (Internet Protocol) состоит в том, что у каждого участника Всемирной сети есть свой уникальный адрес (IP-адрес). Без этого нельзя говорить о точной доставке ТСР - пакетов на нужное рабочее место. Этот адрес выражается очень просто - четырьмя байтами, например: 195.38.46.11. Структура IP-адреса организована так, что каждый компьютер, через который проходит какой-либо ТСР - пакет, может по этим четырем числам определить, кому из близ находящихся компьютеров надо переслать пакет, чтобы он оказался ближе к полу­чателю. В результате конечного числа перебросок ТСР - пакет достигает адресата. В данном случае оценивается не географическая близость, а условия связи и про­пускная способность линии связи.

Маршрут доставки рассчитывается специальными средствами - маршрутизаторами. Роль маршрути­затора в сети может выполнять как специализированный компьютер, так и специ­альная программа, работающая на узловом сервере сети.

Разные службы имеют различные протоколы, которые называются прикладными протоко­лами. Для передачи файлов в Интернете используется специальный при­кладной протокол FTP (File Transfer Protocol). Чтобы воспользоваться электронной почтой, надо иметь программу (почтовый клиент) и установить связь с почтовым сервером.

Терминальный режим. Исторически первой является служба удаленного управления компьютером Telnet. Подключившись к удаленному компьютеру по протоколу этой службы, можно управлять его работой. Каждый сервер, предоставляющий Telnet-услуги, обычно предлагает свое клиентское приложение. Его надо получить по сети, установить на своем компьютере, подключиться к серверу и работать с удаленным оборудованием.

Электронная почта (E-Mail).Обеспечением этой службы в Интернете занимаются специальные почтовые серверы. Под сервером понимается специальное программное обеспечение. Таким образом, один узловой компьютер Интернета может выполнять функции нескольких серверов и обеспечивать работу различных служб, оставаясь при этом универсальным компьютером, на котором можно выпол­нять и другие задачи.Почтовые серверы получают сообщения от клиентов и пересылают их по цепочке к почтовым серверам адресатов, где эти сообщения накапливаются. При установ­лении соединения между адресатом и его почтовым сервером происходит автома­тическая передача поступивших сообщений на компьютер адресата.Почтовая служба основана на двух прикладных протоколах: SМТР и РОРЗ. По первому происходит отправка корреспонденции с компьютера на сервер, а по второму - прием поступивших сообщений.. Из специализированных почтовых программ популярны программы The Bat! и Eudora Pro.

Списки рассылки (Mail List). Обычная электронная почта предполагает наличие двух партнеров по переписке. Если же партнеров нет, то достаточно большой поток почтовой информации в свой адрес можно обеспечить, подписавшись на списки рассылки. Это специальные тематические серверы, собирающие информацию по определенным темам и переправляющие ее подписчикам в виде сообщений электронной почты.

Служба телеконференций (Usenet). Служба телеконференций похожа на циркуляр­ную рассылку электронной почты, в ходе которой одно сообщение отправляется не одному корреспонденту, а большой группе (такие группы называются телекон­ференциями или группами новостей).

Основной прием использования групп новостей состоит в том, чтобы задать вопрос, обращаясь ко всему миру, и получить ответ или совет от тех, кто с этим вопросом уже разобрался. Многие квалифицированные специалисты регулярно просматривают сообщения телекон­ференций, проходящие в группах, касающихся их сферы деятельности. Такой про­смотр называется мониторингом информации.

Служба World Wide Web (WWW). Это самая популярная служба современного Интернета..

World Wide Web — это единое информационное пространство, состоящее из сотен мил­лионов взаимосвязанных электронных документов, хранящихся на Web-серверах.. Отдельные документы, составляющие пространство Web, называют Web-страницами.. Группы тематически объединенных Web-страниц называют Web-узлами (Web-сайт или просто сайт). Один физический Web-сервер может содер­жать несколько Web - узлов, каждому из которых отводится отдельный каталог на жестком диске сервера. Web-документы не имеют жесткого форматирования.

Адрес любого файла во всемирном масштабе опре­деляется унифицированным указателем ресурса URL. Адрес URL состоит из трех частей.

1. Указывается служба, которая осуществляет доступ к данному ресурсу (обычно она обозначается именем прикладного протокола, соответствующего данной службе). Так, например, для службы WWW прикладным является протокол HTTP (Hypertext Transfer Protocol - протокол передачи гипертекста). После имени протокола ставится двоеточие (:) и два знака «/» (косая черта): http://...

2. Указывается доменное имя компьютера (сервера), на котором хранится дан­ный ресурс: http://www.abcde.com...

3. Указания полного пути доступа к файлу на данном компьютере. В качестве разделителя используется символ «/» (косая черта):