Основные компоненты глобальной сети
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
Понятие о сетях ЭВМ
При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. В общем случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и специальное программное обеспечение (сетевые программные средства). Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данными называется прямым соединением. Для создания прямого соединения компьютеров, работающих в операционной системе Windows, не требуется ни специального аппаратного, ни программного обеспечения. В этом случае аппаратными средствами являются стандартные порты ввода/вывода (последовательный или параллельный), а в качестве программного обеспечения используется стандартное средство, имеющееся в составе операционной системы.
Компьютерные сети принято разделять на локальные (LAN – Local Area Network) и глобальные (WAN – Wide Area Network). Компьютеры локальной сети преимущественно используют единый комплект протоколов для всех участников. По территориальному признаку локальные сети отличаются компактностью. Они могут объединять компьютеры одного помещения, этажа, здания, группы компактно расположенных сооружений. Глобальные сети имеют, как правило, увеличенные географические размеры. Они могут объединять как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети, в том числе и использующие различные протоколы.
ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ
Используются для объединения близко расположенных компьютеров без использования телефонных линий. В свою очередь уже объединенные в ЛВС компьютеры могут быть подключены к Интернету.
Типы локальных сетей
Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – это совокупность компьютеров и других средств вычислительной техники (активного сетевого оборудования, принтеров, сканеров и т. п.), объединенных с помощью кабелей и сетевых адаптеров и работающих под управлением сетевой операционной системы. Вычислительные сети создаются для того, чтобы группа пользователей могла совместно задействовать одни и те же ресурсы: файлы, принтеры, модемы, процессоры и т. п. Каждый компьютер в сети оснащается сетевым адаптером, адаптеры соединяются с помощью сетевых кабелей и тем самым связывают компьютеры в единую сеть. Компьютер, подключенный к вычислительной сети, называется рабочей станцией или сервером, в зависимости от выполняемых им функций. Эффективно эксплуатировать мощности ЛВС позволяет применение технологии "клиент/ сервер". В этом случае приложение делится на две части: клиентскую и серверную. Один или несколько наиболее мощных компьютеров сети конфигурируются как серверы приложений: на них выполняются серверные части приложений. Клиентские части выполняются на рабочих станциях; именно на рабочих станциях формируются запросы к серверам приложений и обрабатываются полученные результаты.
Различают сети с одним или несколькими выделенными серверами и сети без вы деленных серверов, называемые одноранговыми сетями. Рассмотрим сначала локальные сети с выделенным сервером. В сетях с выделенным сервером именно ресурсы сервера, чаще всего дисковая память (винчестер), доступны всем пользователям. Серверы, разделяемым ресурсом которых является дисковая память, называются файл-серверами. Можно сказать, что сервер обслуживает все рабочие станции. Файловый сервер обычно используется только администратором сети и не предназначен для решения прикладных задач. Поэтому он может быть оснащен недорогим, даже монохромным дисплеем. Однако файловые серверы почти всегда содержат несколько быстродействующих накопителей. Сервер должен быть высоконадежным, поскольку выход его из строя приведет к остановке работы всей сети. На файловом сервере, как правило, устанавливается сетевая операционная система.
На рабочих станциях, как правило, устанавливается обычная операционная система, например Windows. Рабочая станция – это индивидуальное рабочее место пользователя. Полноправным владельцем всех ресурсов рабочей станции является пользователь. В то же время ресурсы файл сервера разделяются всеми пользователями. В качестве рабочей станции может использоваться компьютер практически любой конфигурации. Но в конечном счете, все зависит от тех приложений, которые этот компьютер использует.
Существует несколько признаков, по которым можно узнать, работает компьютер в составе сети или автономно. Если компьютер является сетевой рабочей станцией, то, во-первых после его включения появляются соответствующие сообщения, во-вторых, для входа в сеть необходимо пройти процедуру регистрации и, в-третьих, после регистрации в распоряжении оказываются новые дисковые накопители, принадлежащие файловому сереру.
Еще одной важной функцией файлового сервера является управление работой сетевого пойнтера. Сетевой принтер подключается к файл-серверу, но пользоваться им можно с любой рабочей станции. То есть каждый пользователь может отправить на сетевой принтер материалы, предназначенные для печати. Регулировать очередность доступа к сетевому принтеру будет файловый сервер.
ЛВС с выделенным сервером
При выборе компьютера на роль файлового сервера необходимо учитывать следующие факторы:
быстродействие процессора;
скорость доступа к файлам, размещенным на жестком диске;
емкость жесткого диска;
объем оперативной памяти;
уровень надежности сервера;
степень защищенности данных.
Высокое быстродействие серверу нужно для того, чтобы во время работы большой ЛВС файловый сервер мог обрабатывать огромное количество запросов на обслуживание файлов, а на это затрачивается значительное процессорное время. Для того чтобы ускорить обслуживание запросов и создать у пользователя впечатление, что именно он является единственным клиентом сети, необходим быстродействующий процессор.
Наиболее важным компонентом файлового сервера является дисковый накопитель На нем хранятся все файлы пользователей сети. Быстрота доступа, емкость и надежность накопителя во многом определяют, насколько эффективным будет использование сети
Сетевые операционные системы с выделенным файл-сервером обычно имеют более высокую производительность, поскольку они оптимизированы именно под выполнение операций с файлами. В принципе, никаких более важных действий на выделенном файл-сервере не выполняется. Значительного повышения производительности работы сервера можно добиться, увеличивая его оперативную память. В одноранговой сети 512 мегабайт памяти может быть вполне достаточно, в то время как для крупной сети с выделенным файл-сервером желательна память объемом 2048 и более мегабайт. Если файловый сервер снабжен оперативной памятью достаточного объема, то он имеет возможность именно в оперативной памяти хранить те области дискового пространства, к которым обращаются наиболее часто. Такой метод хорошо известен, часто применяется для ускорения доступа к данным на обычных ПК и называется методом кэширования. Ведь если идет обращение к файлу, данные которого в данный момент находятся в кэше, сервер может передать искомую информацию, не обращаясь к диску. В результате этого будет достигнут значительный временной выигрыш.
Сетевой адаптер, установленный на файловом сервере – это такое устройство, через которое проходят практически все данные, функционирующие в локальной сети. В связи с этим необходимо, чтобы этот адаптер работал быстро. Сетевой адаптер становится более быстродействующим в результате, во-первых, повышения его разрядности и, во-вторых, увеличения объема его собственного ОЗУ. На файл-сервере должен быть установлен сетевой адаптер для шины PCI, что позволяет поддерживать высокую скорость передачи данных.
Одноранговые ЛВС
В одноранговых сетях любой компьютер может быть и файловым сервером, и рабочей станцией одновременно. Преимущество одноранговых сетей заключается в том, что нет необходимости копировать все используемые сразу несколькими пользователями файлы на сервер. В принципе любой пользователь сети имеет возможность использовать все данные, хранящиеся на других компьютерах сети, и устройства, подключенные к ним. Основной недостаток работы одноранговой сети заключается в значительном увеличении времени решения прикладных задач. Это связано с тем, что каждый компьютер сети отрабатывает все запросы, идущие к нему со стороны других пользователей. Следовательно, в одноранговых сетях каждый компьютер работает значительно интенсивнее, чем в автономном режиме.
Затраты на организацию одноранговых вычислительны сетей относительно небольшие. Однако при увеличении числа рабочий станций эффективность их использования резко уменьшается. Пороговое значение числа рабочих станций составляет, по оценкам фирмы Novell, 25-30. Поэтому одноранговые сети используются только для относительно небольших рабочих групп.
Архитектура ЛВС
Различают три наиболее распространенные сетевые архитектуры, которые используют и для одноранговых сетей и для сетей с выделенным файл-сервером. Это так называемые шинная, кольцевая и звездообразная структуры.
В случае реализации шинной структуры все компьютеры связываются в цепочку. Причем на ее концах надо разместить так называемые терминаторы, служащие для гашения сигнала. Если же хотя бы один из компьютеров сети с шинной структурой оказывается неисправным, вся сеть в целом становится неработоспособной. В сетях с шинной архитектурой для объединения компьютеров используется тонкий и толстый кабель. Максимальная теоретически возможная пропускная способность таких сетей составляет 10 Мбит/с. Такой пропускной способности для современных приложений, использующих видео- и мультимедийные данные, явно недостаточно. Поэтому почти повсеместно применяются сети с звездообразной архитектурой.
Рис. 8. Шинная архитектура
Для построения сети со звездообразной архитектурой в центре сети необходимо поместить концентратор (рис. 9). Его основная функция – обеспечение связи между компьютерами, входящими в сеть. То есть все компьютеры, включая файл-сервер, не связываются непосредственно друг с другом, а присоединяются к концентратору. Такая структура надежнее, поскольку в случае выхода из строя одной из рабочих станций все остальные сохраняют работоспособность. В сетях же с шинной топологией в случае повреждения кабеля хотя бы в одном месте происходит разрыв единственного физического канала, необходимого для движения сигнала. Кроме того, сети с звездообразной топологией поддерживают технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, что позволяет увеличить пропускную способность сети в десятки и даже сотни раз (при использовании соответствующих сетевых адаптеров и кабелей).
Рис. 9. ЛВС со звездообразной архитектурой
Кольцевая структура (рис. 10) используется в в сетях Token Ring и мало чем отличается от шинной. Также в случае неисправности одного из сегментов сети вся сеть выходит из строя. Правда, отпадает необходимость в использовании терминаторов.
Рис. 4.3. ЛВС с кольцевой архитектурой
Принципы работы сети
В сети любой структуры в каждый момент времени обмен данными может происходить только между двумя компьютерами одного сегмента. В случае ЛВС с выделенным файл-сервером – это файл-сервер и произвольная рабочая станция; в случае одноранговой ЛВС – это любые две рабочие станции, одна из которых выполняет функции файл-сервера. Упрощенно диалог между файл-сервером и рабочей станцией выглядит так: открыть файл ® подтвердить открытие файла; передать данные файла - пересылка данных; закрыть файл ® подтверждение закрытия файла. Управляет диалогом сетевая операционная система, клиентские части которой должны быть установлены на рабочих станциях.
Связь между компьютерами ЛВС физически осуществляется на основе одной из двух схем – обнаружения коллизий и передачи маркера. Метод обнаружения коллизий используется стандартами Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, а передачи маркера – стандартом Token Ring.
В сетях Ethernet адаптеры непрерывно находятся в состоянии прослушивания сети. Для передачи данных сервер или рабочая станция должны дождаться освобождения ЛВС и только после этого приступить к передаче. Однако не исключено, что передача может начаться несколькими узлами одного сегмента сети одновременно, что приведет к коллизии. В случае возникновения коллизии, узлы должны повторить свои сообщения. Повторная передача производится адаптером самостоятельно без вмешательства процессора компьютера. Время, затрачиваемое на преодоление коллизии, обычно не превышает одной микросекунды. Передача сообщений в сетях Ethernet производится пакетами со скоростью 10, 100 и 1000 Мбит/с. Естественно, реальная загрузка сети меньше, поскольку требуется время на подготовку пакетов. Все узлы сегмента сети принимают сообщение, передаваемое компьютером этого сегмента, но только тот узел, которому оно адресовано, посылает подтверждение о приеме. Основными поставщиками оборудования для сетей Ethernet являются фирмы 3Com, Bay Networks (недавно компания Nortel купила Bay Networks), CNet.
В ЛВС с передачей маркера сообщения передаются последовательно от одного узла к другому вне зависимости от того, какую архитектуру имеет сеть – кольцевую или звездообразную. Каждый узел сети получает пакет от соседнего. Если данный узел не является адресатом, то он передает тот же самый пакет следующему узлу. Передаваемый пакет может содержать либо данные, направляемые от одного узла другому, либо маркер. Маркер – это короткое сообщение, являющееся признаком незанятости сети. В том случае, когда рабочей станции необходимо передать сообщение, ее сетевой адаптер дожидается поступления маркера, захватывает его, а затем формирует пакет, содержащий данные, и передает этот пакет в сеть. Пакет распространяется по ЛВС от одного сетевого адаптера к другому до тех пор, пока не дойдет до компьютера-адресата, который произведет в нем стандартные изменения. Эти изменения являются подтверждением того, что данные достигли адресата. После этого пакет продолжает движение дальше по ЛВС, пока не возвратится в тот узел, который его сформировал. Узел-источник убеждается в правильности передачи пакета и возвращает в сеть маркер. Важно отметить, что в ЛВС с передачей маркера функционирование сети организовано так, что коллизии возникнуть не могут. Пропускная способность сетей Token Ring равна 16 Мбит/с. Оборудование для сетей Token Ring производит IBM, 3Com и некоторые другие фирмы.
Сетевое оборудование
В ПК для того, чтобы его можно было использовать в сети, необходимо установить сетевые адаптеры. Некоторые ПК имеют заранее установленный сетевой адаптер. Сетевой адаптер должен быть по скорости совместим с концентратором, к которому ПК подключается. Так, сетевой адаптер Ethernet соответствует концентратору Ethernet, а сетевой адаптер Fast Ethernet – концентратору Fast Ethernet.
Концентратор и коммутатор относятся к разным типам активного сетевого оборудования, которое используется для соединения устройств сети. Они различаются способом передачи в сеть поступающих данных (трафика).
Концентраторы. Термин "концентратор" иногда используется для обозначения любого сетевого устройства, которое служит для объединения ПК сети, но на самом деле концентратор – это многопортовый повторитель. Устройства подобного типа просто передают (повторяют) всю информацию, которую они получают – то есть все устройства, подключенные к портам концентратора, получают одну и ту же информацию.
Концентраторы используются для расширения сети. Однако чрезмерное увлечение концентраторами может привести к большому количеству ненужного трафика, который поступает на сетевые устройства. Ведь концентраторы передают трафик в сеть, не определяя реальный пункт назначения данных. ПК, которые получают пакеты данных, используют адреса назначения, имеющиеся в каждом пакете, для определения, предназначен ли пакет им или нет. В небольших сетях это не является проблемой, но даже в сетях среднего размера с интенсивным трафиком следует использовать коммутаторы, которые минимизируют количество необязательного трафика.
Коммутаторы. Коммутаторы контролируют сетевой трафик и управляют его движением, анализируя адреса назначения каждого пакета. Коммутатор знает, какие устройства соединены с его портами, и направляет пакеты только на необходимые порты. Это дает возможность одновременно работать с несколькими портами, расширяя тем самым полосу пропускания.
Таким образом, коммутация уменьшает количество лишнего трафика, что происходит в тех случаях, когда одна и та же информация передается всем портам.
Коммутаторы и концентраторы часто используются в одной и той же сети; концентраторы расширяют сеть, увеличивая число портов, а коммутаторы разбивают сеть на небольшие, менее перегруженные сегменты. Однако применение коммутатора оправдано лишь в крупных сетях, т. к. его стоимость на порядок выше стоимости концентратора.
Когда следует использовать концентратор или коммутатор. В небольшой сети (до 20 рабочих мест) концентратор или группа концентраторов вполне могут справиться с сетевым трафиком. В этом случае концентратор просто служит для соединения всех пользователей сети.
В сетях большего размера (около 50 пользователей) может появиться необходимость использовать коммутаторы для разделения сети на сегменты, чтобы уменьшить количество необязательного трафикпа.
Сетевые карты. При выборе сетевой карты, нужно обратить внимание на то, с какой шиной – PCI или ISA – она работает. Сейчас большинство сетевых карт предназначено для размещения в PCI-слоты. Поскольку шина РСI более быстродействующая, ее предпочтительно использовать в сетях Fast Ethernet.
Обычно на сетевой карте имеется несколько индикаторов, представляющих собой обычные светодиоды. Индикаторы показывают, в каком режиме работает сетевая карта и передает она в данный момент данные или нет. Чаще всего используется три-четыре индикатора. Перечислим информацию, передаваемую индикаторами:
исправность сетевого соединения;
режим работы: полу или полнодуплексный;
скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/с;
идет передача данных или нет.
Для отображения режима работы и скорости передачи могут использоваться не два индикатора, а один. Например, компания 3Com для демонстрации скорости передачи использует два индикатора, a SMC – один, цвет которого меняется в зависимости от значения скорости – 10 или 100 Мбит/с. Естественно, чем больше у сетевого адаптера индикаторов, тем больше информации о роботе сети у вас имеется.
Существует еще ряд характеристик, которые в ряде случаев следует учитывать при выборе сетевых карт. К ним относятся: наличие Boot ROM, то есть возможность загрузки с сетевой карты (а не, например, с винчестера); наличие режима Bus master, то есть возможность независимой работы с шиной; поддержка удаленного управления и администрирования. Кроме того, многие производители сетевого оборудования и ПО, разработали программные средства, позволяющие увеличить производительность работы сетевых адаптеров.
Средства обеспечения надежности. Большой вред работе сети может нанести отключение электропитании или значительное падение напряжения в сети. Ведь если сбой электропитания произойдет во время записи данных на диск, файл может оказаться испорченным. Для защиты данных в случае возникновения таких ситуаций в ЛВС применяются источники бесперебойного питания. ИБП – это устройство, основным элементом которого является аккумуляторная батарея. При отключении питания или при резком падении напряжения необходимый уровень напряжения поддерживается ИБП. Батареи ИБП непрерывно подзаряжаются от внешней электросети. Даже в случае отключения питания в сети ИБП способен сохранять работоспособность компьютера в течение длительного периода времени. Этот период зависит от мощности, потребляемой компьютером, и от мощности ИБП, которая измеряется в вольт-амперах. Так, ИБП мощностью 600 ВА может автономно поддерживать работу 300 Вт компьютера примерно в течение двадцати минут.
Имеет смысл в сетях с выделенным файл-сервером снабжать ИБП по крайней мере файл-сервер. ИБП обычно поставляется вместе со специальными платами-адаптерами, которые устанавливаются в свободный слот сервера. Сетевая ОС взаимодействует с адаптером ИБП и в случае сбоя в системе электропитания оповещает об этом рабочие станции, закрывает все открытые файлы и выдает сообщение о необходимости отключения сервера.
ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ
Основные протоколы
Ранние эксперименты по передаче и приему информации с помощью компьютеров начались еще в 50-х годах и имели лабораторный характер. Лишь в конце 60-х годов на средства Агентства Перспективных Разработок министерства обороны США (DARPA – Defense Advanced Research Project Agency) была создана первая сеть национального масштаба. По имени агентства она получила название ARPANET. Эта сеть связала несколько крупных научных, исследовательских и образовательных центров. Ее основной задачей стала координация групп коллективов, работающих над едиными научно-техническими проектами, а основным назначением стал обмен электронной почтой и файлами с научной и проектно-конструкторской документацией. Сеть ARPANET заработала в 1969 году. Немногочисленные узлы, входившие в нее в то время, были связаны выделенными линиями. Прием и передача информации обеспечивались программами, работающими на узловых компьютерах. Сеть постепенно расширялась за счет подключения новых узлов, а к началу 80-х годов на базе наиболее крупных узлов были созданы свои региональные сети, воссоздающие общую архитектуру ARPANET на более низком уровне (в региональном или локальном масштабе).
Пока глобальное расширение ARPANET происходило за счет механического подключения все новых и новых аппаратных средств (узлов и сетей), до Интернета в современном понимании этого слова было еще очень далеко. По-настоящему рождением Интернета принято считать 1983 год. В этом году произошли революционные изменения в программном обеспечении компьютерной связи. Днем рождения Интернета в современном понимании этого слова стала дата стандартизация протокола связи TCP/IP, лежащего в основе Всемирной сети по нынешний день.
Здесь требуется уточнить, что в современном понимании 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 “нарезаются” на небольшие пакеты, после чего каждый пакет маркируется таким образом, чтобы в нем были данные, необходимые для правильной сборки документа на компьютере получателя.
Для понимания сути протокола TCP можно представить игру в шахматы по переписке, когда двое участников разыгрывают одновременно десяток партий. Каждый ход записывается на отдельной открытке с указанием номера партии и номера хода. В этом случае между двумя партнерами через один и тот же почтовый канал работает как бы десяток соединений (по одному на партию). Два компьютера, связанные между собой одним физическим соединением, могут точно так же поддерживать одновременно несколько TCP-соединений. Так, например, два промежуточных сетевых сервера могут одновременно по одной линии связи передавать друг другу в обе стороны множество TCP-пакетов от многочисленных клиентов.
Протокол IP. IP (Internet Protocol) – адресный протокол. Его суть состоит в том, что у каждого участника Всемирной сети должен быть 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. Структуру IP-адреса организована так, что каждый компьютер, через который проходит какой-либо ТСР-пакет, может по этим четырем числам определить, кому из ближайших “соседей” надо переслать пакет, чтобы он оказался “ближе” к получателю. В результате конечного числа перебросок ТСР-пакет достигает адресата. "Близость" оценивается не географически – в расчет принимаются условия связи и пропускная способность линии. Два компьютера, находящиеся на разных континентах, но связанные высокопроизводительной линией космической связи, считаются более “близкими” друг к другу, чем два компьютера из соседних поселков, связанные простым телефонным проводом. Решением вопросов, что считать “ближе”, а что “дальше”, занимаются специальные средства – маршрутизаторы.
Поскольку один байт содержит до 256 различных значений, то теоретически с помощью четырех байтов можно выразить более четырех миллиардов уникальных IP-адресов (2564 за вычетом некоторого количества адресов, используемых в качестве служебных). На практике же из-за особенностей адресации к некоторым типам локальных сетей количество возможных адресов составляет порядка двух миллиардов, но и это по современным меркам достаточно большая величина.
Линии связи
Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны.
В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на:
проводные (воздушные);
кабельные (медные и волоконно-оптические);
радиоканалы наземной и спутниковой связи.
Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.
Кабельные линии представляют собой достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические кабели.
Скрученная пара проводов называется витой парой. Витая пара существует в экранированном варианте, когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном, когда изоляционная обертка отсутствует. Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю. Коаксиальный кабель имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения – для локальных сетей, для глобальных сетей, для кабельного телевидения и т. п. Волоконно-оптический кабель состоит из тонких (5¸60 микрон) волокон, по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля – он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех.
Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество различных типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны коротких, средних и длинных волн (KB, CB и ДВ), называемые также диапазонами амплитудной модуляции (Amplitude Modulation, AM) по типу используемого в них метода модуляции сигнала, обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн (УКВ), для которых характерна частотная модуляция (Frequency Modulation, FM), а также диапазонах сверхвысоких частот (СВЧ или microwaves). В диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются ионосферой Земли, и для устойчивой связи требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому такие частоты используют либо спутниковые каналы, либо радиорелейные каналы, где это условие выполняется.
В компьютерных сетях сегодня применяются практически все описанные типы физических сред передачи данных, но наиболее перспективными являются волоконно-оптические. На них сегодня строятся как магистрали крупных территориальных сетей, так и высокоскоростные линии связи локальных сетей. Популярной средой является также витая пара, которая характеризуется отличным соотношением качества к стоимости, а также простотой монтажа. С помощью витой пары обычно подключают конечных абонентов сетей на расстояниях до 100 метров от концентратора. Спутниковые каналы и радиосвязь используются чаще всего в тех случаях, когда кабельные связи применить нельзя – например, при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильным пользователем сети, таким как шофер грузовика, врач, совершающий обход, и т. п.
Службы Интернета
Когда говорят о работе в Интернете или об использовании Интернета, то на самом деле речь идет не об Интернете в целом, а только об одной или нескольких из его многочисленных служб. В зависимости от конкретных целей и задач клиенты Сети используют те службы, которые им необходимы.
Разные службы имеют разные протоколы. Они называются прикладными протоколами. Их соблюдение обеспечивается и поддерживается работой специальных программ. Таким образом, чтобы воспользоваться какой-то из служб Интернета, необходимо установить на компьютере программу, способную работать по протоколу данной службы. Такие программы называют клиентскими или просто клиентами. Так, например, для передачи файлов в Интернете используется специальный прикладной протокол FTP (File Transfer Protocol). Соответственно, чтобы получить из Интернета файл, необходимо:
– иметь на компьютере программу, являющуюся клиентом FTP (РТР-клиент);
– установить связь с сервером, предоставляющим услуги FTP (FTP-сервером).
Другой пример: чтобы воспользоваться электронной почтой, необходимо соблюсти протоколы отправки и получения сообщений. Для этого надо иметь программу (почтовый клиент) и установить связь с почтовым сервером. Так же обстоит дело и с другими службами.
Терминальный режим. Исторически одной из ранних является служба удаленного управления компьютером Telnet. Подключившись к удаленному компьютеру по протоколу этой службы, можно управлять его работой. Такое управление еще называют консольным или терминальным. В прошлом эту службу широко использовали для проведения сложных математических расчетов на удаленных вычислительных центрах. Так, например, если для очень сложных вычислений на персональном компьютере требовались недели непрерывной работы, а на удаленной супер-ЭВМ всего несколько минут, то персональный компьютер применяли для удаленного ввода данных в ЭВМ и для приема полученных результатов.
В наши дни в связи с быстрым увеличением мощности персональных компьютеров необходимость в подобной услуге сократилась, но, тем не менее, службы Telnet в Интернете продолжают существовать. Часто протоколы Telnet применяют для дистанционного управления техническими объектами, например телескопами, видеокамерами, промышленными роботами.
Каждый сервер, предоставляющий Telnet-услуги, обычно предлагает свое клиентское приложение. Его надо получить по сети (например, по протоколу FTP), установить на своем компьютере, подключиться к серверу и работать с удаленным оборудованием.
Электронная почта (E-Mail). Эта служба также является одной из наиболее ранних. Ее обеспечением в Интернете занимаются специальные почтовые серверы. Здесь и далее под сервером может пониматься как специальный компьютер, так и 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, характерные для средств вычислительной техники. 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: SMTP и РОРЗ. По первому происходит отправка корреспонденции с компьютера на сервер, а по второму – прием поступивших сообщений. Существует большое разнообразие клиентских почтовых программ. К ним относится, например, программа Microsoft Outlook Express, входящая в состав операционной системы Windows как стандартная. Более мощная программа, интегрирующая в себе кроме поддержки электронной почты и другие средства делопроизводства, Microsoft Outlook, входит в состав известного пакета Microsoft Office. Из специализированных почтовых программ хорошую популярность имеют 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. Темами списков рассылки может быть что угодно, например, научно-технические обзоры, презентация новых программных и аппаратных средств вычислительной техники и т.д. Большинство телекомпаний создают списки рассылки на своих узлах, через которые рассылают клиентам аннотированные обзоры телепрограмм. Списки рассылки позволяют эффективно решать вопросы регулярной доставки данных.
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).
Обычное сообщение электронной почты пересылается по узкой цепочке серверов от отправителя к получателю. При этом не предполагается его хранение на промежуточных серверах. Сообщения, направленные на сервер группы новостей, отправляются с него на все серверы, с которыми он связан, если на них данного сообщения еще нет. Далее процесс повторяется.
На каждом из серверов поступившее сообщение хранится ограниченное время (обычно неделю), и все желающие могут в течение этого времени с ним ознакомиться. Распространяясь во все стороны, менее чем за сутки сообщения охватывают весь земной шар. Далее распространение затухает, поскольку на сервер, который уже имеет данное сообщение, повторная передача производиться не может. Ежедневно в мире создается порядка миллиона сообщений для групп новостей. Выбрать в этом массиве действите