Тема 6 Локальные и глобальные компьютерные сети
1. Основные понятия
Компьютерная сеть образуется при физическом соединении двух или более компьютеров. Для создания компьютерной сети необходимо специальное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и специальное программное обеспечение (сетевые программные средства).
При создании компьютерной сети главной задачей является обеспечение совместимости:
- оборудования по электрическим характеристикам;
- оборудования по механическим характеристикам;
- информационного обеспечения по системе кодирования и формату данных.
Решение этой задачи основано на модели OSI (Model of Open System Interconnections) – модели взаимодействия открытых систем, созданной Международным институтом стандартов ISO (International Standards Organization).
В соответствии с этой моделью архитектура компьютерных сетей состоит из семи уровней: самый верхний уровень – это уровень взаимодействия пользователя с вычислительной системой, а самый нижний уровень – физический канал связи (кабель).
Обмен данными на передающем компьютере происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем выполняется транспортировка данных и их перемещение с нижнего уровня на верхний на компьютере клиента.
Для обеспечения совместимости на каждом из семи уровней архитектуры действуют специальные стандарты (протоколы). В соответствии с используемыми протоколами компьютерные сети разделяют на локальные и глобальные. В локальных сетях используется единый комплект протоколов для всех участников. Глобальные сети объединяют как отдельные компьютеры, так и различные локальные сети, поэтому могут использовать различные протоколы.
Основной целью создания сетей является обеспечение совместного использования аппаратных и программных средств, а также обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.
Группы сотрудников, работающие в рамках локальной сети, называются рабочими группами. Участники разных групп имеют разные права доступа к ресурсам сети. Политикой сети называется совокупность приемов разделения и ограничения прав участников.
Администрирование сети - это управление сетевыми политиками. Системный администратор управляет организацией работы участников.
В глобальной сети (WAN – Wide Area Network) связь между локальными сетями осуществляется по каналам связи (кабельным, спутниковым, радиорелейным). Телефонные каналы в наименьшей степени удовлетворяют требованиям цифровой связи.
Локальные сети (LAN – Local Area Network) могут быть связаны между собой специальными устройствами – шлюзами (шлюзовые серверы или специальные программы). Для обеспечения безопасности между локальной и глобальной сетью устанавливаются брандмауэры (специальная компьютерная программа, препятствующая несанкционированному перемещению данных между сетями).
2. Модель взаимодействия открытых систем (OSI)
В соответствии с рекомендациями Международного института стандартизации (ISO) архитектура сети состоит из семи уровней:
- самый верхний – прикладной уровень - на этом уровне пользователь создает документ (сообщение) для отправки кому-либо;
- уровень представления - операционная система устанавливает, где находится документ (в оперативной памяти, в файле на жестком диске), и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем;
- сеансовый уровень - компьютер пользователя взаимодействует с локальной или глобальной сетью, протокол этого уровня проверяет права пользователя и передает документ протоколам транспортного уровня;
- транспортный уровень - документ преобразуется в специальную форму для передачи данных в конкретной сети (например, может разделяться на стандартные по размерам пакеты);
- сетевой уровень - каждый пакет получает адрес, определяется маршрут движения по сети;
- уровень соединения - в соответствии с данными сетевого уровня происходит модуляция сигналов, передаваемых на физическом уровне, с помощью сетевой карты или модема;
- физический уровень - передача электрических сигналов по каналам связи.
На компьютере получателя происходит обратный процесс.
Следует иметь в виду, что вместе с документом, подготовленным пользователем, по сети передаются и служебные данные (адрес клиента, дата и время запроса, версия операционной системы, права доступа к данным и т. п.). В этой связи разрабатываются так называемые «троянские программы», содержащие во время сеанса связи дополнительные соединения для передачи данных о компьютере, на котором она установлена (парольная информация, информация о содержании жесткого диска). В отличие от обычных вирусов «троянские программы» не производят разрушительных действий и лучше маскируются.
Если при передаче данных в глобальной сети сообщение проходит через несколько серверов (узлов), то на каждом из них сообщение поднимается только до сетевого уровня и отправляется дальше.
Следует иметь в виду, что документ, разбитый на пакеты, может перемещаться к клиенту по различным маршрутам через различные узлы сети, однако на компьютере клиента документ будет собран правильно.
3. Локальные вычислительные сети
Локальные вычислительные сети объединяют компьютеры, рассредоточенные на расстоянии до 10-15 км. Как правило, ЛВС объединяет компьютеры, расположенные внутри одного здания. В региональных компьютерных сетях компьютеры рассредоточены на расстоянии до 100 км.
Под топологией вычислительной сети понимается способ соединения ее компонентов (компьютеров, серверов, принтеров). Существует три основных типа топологий:
- звезда,
- кольцо,
- общая шина.
В топологии «звезда» каждый компьютер соединен с центральным узлом (сервером или концентратором (Hub)). Преимущества этой топологии:
· высокое быстродействие сети (общая производительность зависит от мощности сервера),
· отсутствие столкновения данных.
Недостатки:
§ надежность сети зависит от надежности центрального узла,
§ к каждому компьютеру необходимо вести отдельную линию.
В топологии «кольцо» все компьютеры подключены к линии, замкнутой в кольцо. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. Специальный сигнал (маркер) последовательно передается от одного компьютера к другому, пока его не получит адресат. После получения маркера создается так называемый пакет, в который помещается адрес получателя и данные. Этот пакет перемещается через каждый компьютер, пока не произойдет совпадение адреса. После получения пакета компьютер-адресат подтверждает факт получения данных.
Преимущества:
· эффективность пересылки (можно отправлять сообщения, не дожидаясь, пока предыдущие сообщения достигнут адресата),
· протяженность сети может быть значительной (не нужны усилители сигналов).
Недостатки:
§ низкая надежность сети (при отказе любого компьютера отказывает вся система),
§ при подключении нового компьютера необходимо отключать всю сеть,
§ при большом количестве клиентов скорость работы замедляется,
§ общая производительность определяется производительностью самого медленного компьютера.
В топологии «общая шина» все клиенты подключены к общему каналу передачи данных, при этом каждый компьютер может вступать в контакт с любым другим компьютером. При передаче данных информацию получает только тот компьютер, адрес которого соответствует адресу получателя.
Преимущества:
· вся информация в сети доступна каждому компьютеру,
· подключение любого компьютера в сеть осуществляется независимо,
· не нужны дополнительные линии при подключении компьютера,
· высокая надежность сети.
Недостатки:
- низкая скорость передачи данных по общей шине,
- чем больше компьютеров в сети, тем медленнее передается информация,
- низкая безопасность информации.
Локальные вычислительные сети могут быть одноранговыми и типа клиент-сервер. В одноранговой сети все компьютеры равны между собой. Ресурсы любого компьютера доступны всем. Это обеспечивает простоту реализации и экономию материальных средств. Оптимальное количество – до 20 компьютеров.
В сети типа клиент-сервер требуется выделенный компьютер-сервер, обеспечивается высокое быстродействие, имеется единая информационная база, имеется единая система безопасности. Стоимость такой сети выше и требуется персонал – администратор сети.
4. Основные понятия об Интернете
Интернет – это объединение сетей до уровня всемирной компьютерной сети. В физическом смысле Интернет объединяет несколько миллионов компьютеров, связанных всевозможными линиями связи.
Эксперименты по передаче и приему информации с помощью компьютера начались еще в 50-х годах, однако годом рождения Интернет надо считать 1983 год. В этом году был стандартизирован протокол связи ТСP/IP, состоящий из двух протоколов: ТСР – протокол транспортного уровня управляет передачей информации, IP – адресный протокол (сетевого уровня).
Суть адресного протокола состоит в том, что у каждого участника должен быть свой уникальный адрес. Размер адреса 4 байта, например, 195.36.48.11. По этим числам узловой компьютер определяет, на какой узел передать сообщение, чтобы оказаться ближе к получателю. Для этого служат специальные средства – маршрутизаторы.
5. Службы Интернета
В зависимости от конкретных целей пользователи обращаются к соответствующей службе. Например, для передачи файлов в Интернете используется специальный протокол FTP (File Transfer Protocol). На компьютере должна быть программа, являющаяся элементом FTP, а сервер должен предоставлять услуги FTP (FTP – сервер).
Telnet – служба удаленного управления компьютером, одна из самых ранних служб. Протоколы Telnet применяют для дистанционного управления техническими объектами.
E-Mail – электронная почта. Обеспечением этой службы занимаются специальные почтовые серверы (почтовым сервером может быть и специальная программа). Почтовая служба основана на протоколах SMTP и POP3. По первому происходит отправка почтовых сообщений, а по второму – прием поступивших сообщений. Одной из популярных почтовых программ является The Bat!.
Mail List – списки рассылки. Можно подписаться на списки рассылки, и тогда специальные тематические серверы отправляют отобранную по темам информацию подписчикам.
Usenet – служба телеконференций. Эта служба похожа на циркулярную рассылку сообщений. Если при рассылке сообщения не задерживаются на узловых серверах, то служба Usenet обеспечивает хранение сообщения на каждом сервере в течение примерно недели. За это время все желающие могут познакомиться с этими сообщениями. Через некоторое время сообщения поступают на все серверы, а затем распространение затухает, так как на один сервер одно и тоже сообщение дважды не поступает.
Как правило, в Usenet задается вопрос, обращенный ко всему миру, а ответ получается от тех, кто с этим вопросом уже разобрался. Регулярный просмотр новостей по теме называется мониторингом информации.
WWW – служба World Wide Web – одна из самых популярных служб Интернета. WWW – это единое информационное пространство, состоящее из сотен миллионов электронных документов, хранящихся на Web–серверах. Группы тематически объединенных Web – страниц называются Web – узлами (сайтами). Один Web–сервер обычно содержит множество Web–узлов. От обычных электронных документов Web–страницы отличаются тем, что не привязаны к конкретному носителю. Кроме того, Web–документы не имеют жесткого форматирования, окончательное оформление происходит непосредственно во время воспроизведения на компьютере клиента в соответствии с настройками программы, выполняющей просмотр. Такие программы просмотра называются браузерами.
Для подготовки Web–страниц служит язык разметки гипертекстов HTML (Hyper Text Markup Language). Гипертекстовая связь между Web–документами является основой существования логического пространства World Wide Web.
Однако для осуществления связи в этом пространстве необходимо, чтобы каждый документ обладал уникальным адресом. Адрес любого файла во всемирном масштабе определяется унифицированным указателем ресурса – URL, который состоит из трех частей:
- указание службы, осуществляющей доступ к данному ресурсу (для службы WWW прикладным является протокол передачи гипертекста HTTP, после имени которого ставится двоеточие и две косых черты, http://),
- указание доменного имени компьютера, на котором хранится данный ресурс (www. ),
- указание полного пути к файлу на данном компьютере (http://www. /Files/Doc/abcdef. zip).
При записи URL-адреса прописные и строчные буквы различаются.
DNS – служба имен доменов. Существуют две формы записи уникального имени компьютера: четырехбайтовая форма (125.28.132.97) и доменное имя (www. ). Поскольку для человека числовое представление IP-адреса компьютера менее удобно, перешли к доменным именам (например, Web-сервер компании «Космос-ТВ» имеет имя www. *****). В то же время автоматическая работа серверов организована с использованием четырехбайтового числового адреса.
Служба имен доменов занимается переводом доменных имен в связанные с ними IP-адреса.
FTP – служба передачи файлов. Эта служба имеет свои серверы в мировой сети, на которых хранятся архивы данных. В большинстве случаев браузеры WWW обладают встроенными возможностями для работы по протоколу FTP.
Коммерческие серверы и серверы ограниченного доступа работают только с зарегистрированными пользователями и требуют пароля. Вместе с тем десятки тысяч FTP-серверов работают с любым желающим, используя в качестве пароля адрес электронной почты.
IRC – чат-конференция (Internet Relay Chat). Эта служба обеспечивает общение пользователей в режиме реального времени.
ICQ – служба поиска сетевого IP-адреса пользователя, подключенного в данный момент к Интернету. Дело в том, что большинство пользователей не имеет постоянного IP-адреса. Если зарегистрироваться на центральном сервере этой службы (http://www. ) и получить персональный идентификационный номер UIN, то этот номер можно сообщить своим абонентам, и тогда служба ICQ приобретает характер Интернет-пейджера.
Компьютеры, подключенные к Интернет на постоянной основе, имеют постоянные IP-адреса. Те, кто подключается к Интернет только на время сеанса, получают динамические IP-адреса. Этот адрес выдает тот сервер, через который происходит подключение.
6. Подключение к Интернету
Для подключения к Интернету необходимо обратиться к провайдеру и:
- физически подключить компьютер к одному из узлов,
- получить IP-адрес на постоянной или временной основе,
- установить и настроить программное обеспечение.
Организации, предоставляющие возможность подключения к своему узлу и выделяющие IP-адреса, называются поставщиками услуг Интернета (провайдерами).
Физическое подключение может быть выделенным или коммутируемым. Для выделенного соединения прокладывается линия связи (кабельная, оптоволоконная, радиоканал, спутниковый канал). Такое подключение используют организации и предприятия. От типа линии связи зависит ее пропускная способность (Мбит в секунду).
Коммутируемое соединение является временным и осуществляется по телефонной линии. Телефонная линия обладает низкой пропускной способностью (до 56 кбит в секунду), на цифровых АТС до 120 кбит/с.
Поскольку телефонные линии изначально предназначались для передачи электрических сигналов в узком диапазоне часто ( Гц), при передаче цифровых сигналов требуется модуляция несущего сигнала звуковой частоты по амплитуде, фазе и частоте. Преобразование осуществляется с помощью модулятора и демодулятора (модем).
По способу подключения различают внешние и внутренние модемы. Внешний модем подключается к разъему последовательного порта на задней стенки системного блока, а внутренний модем устанавливается в один из разъемов материнской платы.
