Компьютерные сети

I.Основные особенности

Компьютерная сеть – совокупность взаимосвязанных через каналы передачи информации компьютеров, обеспечивающих пользователей средствами обмена информации и коллективного использования ресурсов (аппаратных, программных, информационных).

Виды сетей:

• локальные – главная отличительная особенность заключается в том, что, как правило, все объединенные ею компьютеры связаны единым каналом связи. Расстояние между компьютерами – до 10 км (при использовании проводной связи), до 20 км (радиоканалы связи). Локальные сети связывают ЭВМ одного или нескольких близлежащих зданий одного учреждения.

• глобальные – для них свойственно разнообразие каналов связи и использование спутниковых каналов, позволяющих соединять узлы связи и ЭВМ, находящиеся на расстоянии 10-15 тыс. км друг от друга. Обычно имеют узловую структуру, состоят из подсетей, каждая из которых включает в себя коммуникационные узлы и каналы связи. Коммуникационные узлы обеспечивают эффективность функционирования сети, к ним подключаются компьютеры, локальные сети, большие ЭВМ и т.д.

• интрасети – объединяют пользователей, работающих в одной организации. Часть используют возможности имеющихся локальных и глобальных сетей. Такая сеть может связывать компьютеры, находящиеся как в одном здании, так и в разных местах мира.

В сети имеются общедоступные компьютеры, которые предоставляют информацию или вычислительные услуги пользователям. Сервером может называться компьютер, используемый для этой цели или место (в глобальных сетях), куда можно отправить запрос на выполнение какой-либо услуги. Таким местом может быть компьютер-сервер, локальная сеть, большая ЭВМ и т.п.

Компьютеры пользователей могут работать в сетях в двух режимах:

• режим рабочей станции – компьютер используется не только для отправки запроса к серверу и получения от него информации, но и для обработки этой информации

• режим терминала – последнее не производится: обработка информации осуществляется на сервере, а пользователю отправляется лишь результат этой обработки.

Компьютер-сервер по своим возможностям значительно превосходит рабочие станции и комплектуется множеством сетевых плат (адаптеров), обеспечивающих подключение к сетям. Комплекс программ, которые обеспечивают работу в сети, - сетевое программное обеспечение. Оно определяет тот вид услуг, выполнение которых возможно в данной сети. В настоящее время распространены 2 основные концепции построения такого программного обеспечения:

- «концепция файлового сервера» – основана на том, что сетевое программное обеспечение должно предоставлять многим пользователем информационные ресурсы в виде файлов => сервер в такой сети называется файловым, а сетевое программное обеспечение – сетевой оперативной системой. Ее основная часть размещается на файловом сервере, а на рабочих станциях устанавливается ее небольшая часть, называемая оболочкой. Оболочка выполняет роль интерфейса между программами, обращающимися за ресурсом, и файловым сервером. Такой сервер представляет собой хранилище файлов, использующихся всеми пользователями. При этом как программы, так и файлы данных, находящиеся на файловом сервере, автоматически перемещаются на рабочую станцию, где и происходит обработка этих данных.

- «архитектура клиент-сервер» - в этом случае сетевое программное обеспечение состоит из программных систем 2 классов:

• программы-серверы – так называют программные системы, обеспечивающие работу сервера

• программы-клиенты – программные системы, обеспечивающие пользователей-клиентов

Работа систем этих классов организуется следующим образом: программы-клиенты посылают запросы программе-серверу, основная обработка данных производится на компьютере-сервере, а на компьютер пользователя посылается лишь результаты выполнения запроса.

В локальных сетях обычно используется концепция первого типа с одним файловым сервером. В глобальных основной является «архитектура клиент-сервер».

Представление информации и передача ее по сети производится в соответствии со стандартными соглашениями. Набор таких стандартных соглашений называется протоколом.

II.Типология локальной сети

Типология сети – логическая схема соединения каналами связи компьютеров (компьютеров).

Чаще всего в локальных сетях используются 3 основных типологии:

• моноканальная

• кольцевая

• звездообразная

Использование канала передачи информации, соединяющего узлы сети на физическом уровне, определяется протоколом, который называется методом доступа. Эти методы доступа реализуются соответствующими сетевыми платами (адаптерами). Такие адаптеры устанавливаются в каждом компьютере сети и обеспечивают передачу и прием информации по каналам связи.

Моноканальная типология – используется незамкнутый канал связи, к которому подключаются все компьютеры. Он называется моноканал-шиной (общей шиной).

ПК ПК ПК

- терминатор

ПК ПК ПК

Терминал служит для подключения к открытым кабелям сети, предназначен для поглощения передаваемого сигнала. В такой типологии, как правило, используется метод доступа с предварительным прослушиванием канала для определения свободен ли он.

Ethernet (скорость – 10 Мбит/сек) – название метода доступа. Может быть использован метод доступа Fast Ethernet (скорость – 100Мбит/сек)

Основные достоинства типологии:

• устойчивость к неисправностям отдельных узлов

• простота изменения и наращивания сети

Основные недостатки типологии:

• обрыв кабеля приводит к неработоспособности всей сети

• существенное уменьшение пропускной способности сети при значительных объемах трафика (- информация, передаваемая по сети)

Кольцевая типология

ПК ПК

ПК ПК

Использует в качестве канала связи замкнутое кольцо, состоящее из сегментов. Сегменты соединяются специальными устройствами – репитерами (повторителями). Репитер предназначен для соединения сегментов сети.

Основным методом доступа здесь является Token Ring – метод доступа с передачей маркера.

Имеется центральный узел коммуникации, объединяющий все компьютеры сети. Активный центр полностью управляет компьютерами сети. Метод доступа обычно также основан на использовании маркера (например, Arcnet со скоростью передачи информации 2 Мбита/сек). Кроме этого могут быть реализованы методы доступа Ethernet и Fast Ethernet.

Основные достоинства типологии:

• удобство с точки зрения управления взаимодействием компьютеров

• простота изменения и наращивания сети

Основные недостатки сети:

• при отказе активного центра выходит из строя вся сеть

III.Структура глобальной сети

Между сетями возможен обмен информацией, для обеспечения такой связи используются средства межсетевого взаимодействия, называемые мостами, маршрутизаторами и шлюзами. Это специальный компьютер, в котором установлено два и более сетевых адаптеров, каждый из которых обеспечивает связь с одной сетью. Мост используется для связи сетей с однотипными внутрисетевыми каналами связи. Маршрутизатор связывает сети одного и того же вида, но различными внутрисетевыми каналами связи. Шлюзы используются для обеспечения связи сетей разного вида, для связи сетей с различными компьютерными системами (например, локальная сеть – большая ЭВМ, локальная сеть – глобальная сеть, конкретный персональный компьютер – глобальная сеть).

Глобальная сеть включает в себя подсети связи, к которым подключены локальные сети, рабочие станции и терминалы пользователей, а также компьютеры-серверы. Подсеть связи состоит из каналов передачи информации и коммуникационных узлов. Коммуникационные узлы предназначены для быстрой передачи информации по сети, выбора оптимального маршрута передачи информации и т.п., т.е. обеспечивают эффективность функционирования сети в целом. Такой узел – это либо специальное аппаратное устройство, либо специализированный компьютер с соответственным программным обеспечением.

Серверы и пользователи подключаются к глобальным сетям чаще всего через поставщиков услуг доступа к сети – провайдеров.

IV.Основные особенности глобальной сети Internet

Каждый пользователь и сервер обязательно имеют уникальный адрес. Сообщение, передаваемое по сети, снабжается адресами получателя и отправителя и в процессе передачи автоматически разбивается сетевым адаптером на части фиксированной длины, называемые пакетами. При этом каждый пакет (также автоматически) снабжается адресами отправителя и получателя. На принимающем компьютере пакеты собираются в единое сообщение.

Каждый сервер или пользовательский компьютер в сети имеют адреса 3 уровней:

- локальный адрес – адрес сетевого адаптера. Такие адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными, т.к. их назначение централизовано. Этот адрес используется только в пределах локальной сети.

- IP-адрес – представляет собой четырехбайтовую последовательность (4 однобайтовых целых без знака чисел) и состоит из 2 частей:

• первые 2 байта характеризуют сеть

• вторые 2 байта – конкретный узел

Такой адрес назначается администратором сети независимо от локального адреса. Если сеть должна работать как составная часть Internet, то номер сети (первые 2 байта) назначаются по рекомендации специальной организации ICANN. В противном случае, номер сети выбирается администратором произвольно. Номер узла (вторые 2 байта) назначаются администратором сети (например, 192.100.2.15). Узел может входить в несколько сетей. В этом случае он должен иметь несколько IP-адресов => IP-адрес характеризует не отдельный компьютер, а одно сетевое соединение. Сообщение, передаваемое по сети, снабжается IP-адресами получателя и отправителя.

- доменный адрес (доменное имя) – пользователю неудобно использовать IP-адреса в текущей работе => в Internet существует т.н. доменная система имен (DNS). В этой системе даются удобные для пользователя текстовые имена (идентификаторы), называемые доменными, за ними скрываются соответствующие IP-адреса. Пользователь работает с доменными именами, а соответствующее программное обеспечение с помощью специальных DNS-серверов автоматически преобразует их в адреса, которыми и снабжает передаваемые пакеты. Полное доменное имя (DNS-адрес) представляет собой последовательность имен, разделенных точкой. Первое слева – имя конкретного компьютера, затем – доменное имя организации, региона и т.д., последнее справа – имя т.н. корневого домена. Имена корневых доменов указывают на государство (например, ru – Россия, us – США, kz – Казахстан и т.д.) или на принадлежность к организации определенного типа (com - коммерческий, edu - образовательный, gov - правительственный, mil - военный, net - сетевой, org - организация). Позднее были определены и другие подобные корневые домены (arts – искусство, культура, firm – бизнес, info – информация, nom – индивидуальный).

Имена компьютеров, имеющих доступ в Internet через узел (например, сервер локальной сети), отделяются от последующей части в полном имени не точкой, а знаком @ («эт»). Например, nf@ef.tsu.ru.

V.Виды услуг в Internet

Предоставление услуг в Internet построено на основе модели «клиент-сервер». Для подключение компьютера к Internet достаточно иметь телефонную линию, провайдера, имеющего шлюз в Internet и модем (модулятор-демодулятор) – специальный адаптер для подключения к глобальной сети через телефонную связь. Компьютер провайдера, используемый пользователями для работы в Internet, называется хостом. К наиболее известным услугам, предоставляемым серверами сети Internet , относятся:

- электронная почта (e-mail) – представляет собой процесс передачи сообщений между компьютерами

- передача файлов (FTP-система) – предназначена для пересылки файлов со специальных FTP-серверов любому пользователю, для получения файла следует указать полное имя сервера и полную спецификацию файла

- просмотр ресурсов (GOPHER-система) – обеспечивает поиск файлов на GOPHER-серверах по содержанию (тема, ключевое слово, фраза т.п.)

- телеконференции – предназначены для проведения дискуссий и обмена новостями, позволяют читать и посылать сообщения в открытые по разным темам информационные группы. Самой крупной является система телеконференций UseNet (пользователь может «подписаться» на любую из имеющихся тем, просматривать новости, посылать сообщения). Другой крупной системой телеконференций является IRC (Internet Relay Chat) (позволяет общаться участникам групп в реальном режиме времени (интерактивный режим), в этом случае пользователь видит на экране постоянно поступающую информацию и одновременно с этим может помещать свои сообщения, которые тут же поступают на экраны всех остальных участников группы)

- всемирная паутина www (world wide web) – представляет собой попытку объединить в одном информационном инструменте возможности указанных выше средств, добавив к ним передачу графических изображений, звуков, видео. В основе лежит принцип гипертекста (- система информационных объектов с перекрестными ссылками, в документах содержатся ссылки на другие документы, связанные по смыслу). Ранее применялся только для текстовых документов, в настоящее время гипертекстовый документ называется гипермедиа-документом. Объекты, на которые созданы ссылки, могут находиться на удаленных компьютерах. Гипермедиа-документы создаются с помощью специального языка HTML (язык разметки гипертекста) и хранятся на специальных серверах (www-сервер, web-сервер). Часто такие документы называют Web-страницами или Web-сайтами. Соответствующие программы-клиенты называются браузерами (от англ. browser) – поисковая система. Большинство современных браузеров обеспечивают доступ не только к страницам web-серверов, но и к другим видам услуг. При этом, обращаясь к различным ресурсам, используется т.н. URL-адреса (унифицированный указатель ресурсов). Он имеет следующий формат: код ресурса://спецификация запроса. Код ресурса определяет вид услуги, с которой необходимо работать: http – работа с web-серверами, для просмотра web-сайтов, ftp – ftp-система, gopher – gopher-система, news – связь с use-net, mailto – электронная почта и т.д.