Тема 5. Сетевые технологии
1. Понятие, предпосылки появления и классификация компьютерных сетей.
2.
Сетевые топологии
3.
Технологии локальных сетей
4.
Глобальные компьютерные сети
1. Понятие,
предпосылки появления и классификация компьютерных сетей.
Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) —
система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы,
маршрутизаторы и другое оборудование).
Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических, световых сигналов или электромагнитного излучения.
Первые компьютерные сети появились в 60-е годы. Университетами
США для министерства обороны была создана сеть АРПА, трансформировавшаяся
впоследствии в международную глобальную сеть Интернет.
ARPANET (от
англ. Advanced Research Projects Agency Network) — компьютерная сеть,
созданная в 1969 году в США Агентством Министерства обороны США по
перспективным исследованиям (ARPA) и явившаяся прообразом сети Интернет.
В 1969 году Министерство обороны США поручило разработку
этой сети Калифорнийскому университету в Лос-Анджелесе, Стэнфордскому
исследовательскому центру, Университету Юты и Университету штата Калифорния в
Санта-Барбаре.
ARPANET начала активно расти и развиваться, её начали
использовать учёные из разных областей науки. В 1973 году к сети были
подключены первые иностранные организации из Великобритании и Норвегии, сеть
стала международной. В
Для классификации компьютерных сетей
используются разные признаки.
I.
По территориальной распространенности выделяют:
1) PAN (Personal Area Network) — персональная сеть,
предназначенная для взаимодействия различных устройств, принадлежащих одному
владельцу;
2) LAN (Local Area Network) — локальные сети,
имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN»
может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода,
занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую
оценку — около шести миль (
3) CAN (Campus Area Network) — кампусная
сеть, объединяет локальные сети
близко расположенных зданий;
4) MAN (Metropolitan Area Network) — городские сети между
учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много
локальных вычислительных сетей;
5) WAN (Wide Area Network) — глобальная сеть, покрывающая
большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и
прочие телекоммуникационные сети и устройства. Глобальные сети являются
открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей;
6) CoAN (Corporate Area
Network) – корпоративная сеть, построенная с использованием различных топологий и объединяющая
разрозненные предприятия (офисы) в единую сетевую систему. Часто, корпоративные
сети в качестве канала передачи данных используют Интернет, несмотря на это,
доступ из вне к сети предприятия запрещен или строго ограничен на физическом и
административном уровнях.
II.
По типу сетевой топологии:
1) базовые топологии: шина, кольцо, звезда;
2) дополнительные (производные) топологии: двойное
кольцо, ячеистая топология, решётка, дерево, Fat Tree, полносвязная. Дополнительные
способы являются комбинациями базовых. В общем случае такие топологии
называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные
названия, например «Дерево».
III. По типу среды передач:
1) проводные (телефонный провод, коаксиальный кабель,
витая пара, волоконно-оптический кабель);
2) беспроводные (передача информации по радиоволнам в
определенном частотном диапазоне).
IV. По необходимости поддержания постоянного соединения:
1) пакетная сеть, например Фидонет (от англ. FidoNet)
— международная любительская компьютерная сеть, построенная по технологии «из
точки в точку».
2) онлайновая сеть, например Интернет (англ. Internet) —
всемирная система объединённых компьютерных сетей, построенная на использовании
протокола IP и маршрутизации пакетов данных. Интернет образует глобальное
информационное пространство, служит физической основой для Всемирной паутины
(WWW, World Wide Web) и множества других систем (протоколов) передачи данных,
также к онлайновым сетям относится и GSM;
2. Сетевые топологии
Сетевая
топология (от греч. τόπος, - место) —
способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых
устройств.
Сетевая топология может быть:
1) физической — описывает
реальное расположение и связи между узлами сети;
2) логической — описывает хождение
сигнала в рамках физической топологии;
3) информационной — описывает
направление потоков информации, передаваемых по сети;
4) управления обменом — это
принцип передачи права на пользование сетью.
Существует множество способов соединения сетевых
устройств: шина, кольцо, звезда, двойное кольцо, ячеистая топология, решётка,
дерево, Fat Tree, полносвязная.
Топология типа общая шина (рис. 6.1),
представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому
подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для
предотвращения отражения сигнала.
Рис. 6.1. Шинная топология.
Достоинства шинной топологии: небольшое время
установки сети; дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств); простота
настройки; выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети.
Недостатки: неполадки в сети, такие как обрыв кабеля и
выход из строя терминатора, полностью блокируют работу всей сети; сложная
локализация неисправностей; с добавлением новых рабочих станций падает
производительность сети.
Кольцо — это топология, в которой каждый компьютер соединен
линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию,
а другому только передает (рис. 6.2). На каждой линии связи, как и в случае
звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет
отказаться от применения внешних терминаторов.
Рис. 6.2. Кольцевая топология.
Достоинства: простота установки; практически полное отсутствие
дополнительного оборудования; возможность устойчивой работы без существенного
падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети.
Недостатки: выход из строя одной рабочей станции, и другие
неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети; сложность
конфигурирования и настройки; сложность поиска неисправностей; необходимость
иметь две сетевые платы, на каждой рабочей станции.
Звезда — базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры
сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети. Подобный
сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой
топологии (как правило, «дерево») (рис. 6.3). Весь обмен информацией идет
исключительно через центральный компьютер, на который таким способом
возлагается очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он
заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым
мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие
конфликты в сети с топологией звезда в принципе не возможны, потому что
управление полностью централизовано.
Рис. 6.3. Звездообразная топология.
Достоинства: выход из строя одной рабочей станции не отражается на
работе всей сети в целом; хорошая масштабируемость сети; лёгкий поиск
неисправностей и обрывов в сети; высокая производительность сети (при условии
правильного проектирования); гибкие возможности администрирования.
Недостатки: выход из строя центрального концентратора обернётся
неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом; для прокладки сети
зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;
конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено
количеством портов в центральном концентраторе.
3. Технологии
локальных сетей
Локальная
вычислительная сеть (ЛВС, локальная сеть; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно
относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис,
фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены
географически на расстояния более
Таким образом, локальная сеть – это совокупность двух и более компьютеров, объединенных коммуникационными связями с
целью распределения сетевых аппаратно-программных, информационных и др. ресурсов. Локальные сети могут
объединяться в корпоративные (крупных предприятий и компаний) и региональные
сети. Корпоративные и региональные сети, в свою очередь, могут объединяться в
глобальные (страны, международные). Объединение глобальных сетей представляет
собой суперглобальную сеть (сеть сетей) Интернет.
Сетевые ЭВМ принято делить на основные и вспомогательные.
К основным относятся ЭВМ-клиенты, к вспомогательным – серверы, хост-ЭВМ (host). Клиент –
это ЭВМ, посылающее запрос к серверу. Сервер
– персональная или виртуальная ЭВМ,
выполняющая функции по обслуживанию
клиента и распределяющая сетевые ресурсы (принтеры, базы данных,
программы, внешнюю память и др.). Хост-ЭВМ – это ЭВМ, установленная в
узлах сети и решающая вопросы коммутации в сети.
Совокупность серверов и хост-ЭВМ, соединенных
физическими каналами связи, называют коммуникационной
сетью, а физические каналы связи – магистральными.
Компьютеры могут соединяться между собой, используя
различные среды доступа: медные проводники (витая пара), оптические
проводники (оптические кабели) и через радиоканал (беспроводные технологии).
Проводные связи устанавливаются через Ethernet, беспроводные — через
Wi-Fi, Bluetooth, GPRS и прочие средства. Отдельная локальная вычислительная
сеть может иметь шлюзы с другими локальными сетями, а также быть частью
глобальной вычислительной сети (например, Интернет) или иметь подключение к
ней.
Чаще всего локальные сети построены на технологиях
Ethernet или Wi-Fi. Для построения простой локальной сети используются
маршрутизаторы, коммутаторы, точки беспроводного доступа, беспроводные
маршрутизаторы, модемы и сетевые адаптеры. Реже используются преобразователи
(конвертеры) среды, усилители сигнала (повторители разного рода) и специальные
антенны.
Важными составляющими сетей являются средства маршрутизации: повторители,
мосты, маршрутизаторы, шлюзы.
Повторитель – самый простой тип устройства для соединения
однотипных ЛВС, он ретранслирует все принимаемые пакеты из одной ЛВС в другую.
Мост – устройство связи, позволяющее соединить ЛВС с
одинаковыми и разными системами сигналов.
Маршрутизатор
– устройство связи, аналогичное
мосту, выполняющее функции передачи пакетов в соответствии с определенными
протоколами, обеспечивающее соединение ЛВС на сетевом уровне.
Шлюз – устройство соединения ЛВС с глобальной сетью.
При разработке сети ЭВМ возникает задача согласования
взаимодействий ЭВМ клиентов, серверов, линий связи и др. устройств. Она
решается путем установления определенных правил, называемых протоколами. Часть
протоколов реализуется программно, другая часть – аппаратно. Международная
организация по стандартизации (ISO) ввела
понятие архитектуры открытых систем, основой которых является понятие уровня
логической декомпозиции сложной информационной сети.
ISO установила семь уровней сети: 1 – физический, 2
– канальный, 3 – сетевой, 4 – транспортный, 5 – сеансовый, 6 –
представительный, 7 – прикладной.
Первый уровень (физический)
определяет некоторые физические характеристики канала.
Второй уровень (канальный) управляет передачей данных между двумя узлами
сети.
Третий уровень (сетевой)
обеспечивает управление потоком, маршрутизацию.
Четвертый уровень (транспортный)
отвечает за стандартизацию обмена данными между программами, находящимися на
разных ЭВМ сети.
Пятый уровень (сеансовый)
определяет правила диалога прикладных программ, проверки прав доступа к сетевым
ресурсам.
Шестой уровень (представительный)
определяет форматы данных, алфавиты, коды представления специальных и
графических символов.
Седьмой уровень (прикладной)
определяет уровень услуг (электронная почта, телекс, телефакс, видеотекст,
телетекст и др.).
Каждый уровень решает свои задачи и обеспечивает
сервисом расположенный над ним уровень. Правила взаимодействия разных систем
одного уровня называют протоколом, правила взаимодействия
соседних уровней в одной системе – интерфейсом. Каждый протокол должен
быть прозрачным для соседних уровней, т.е. быть понятным взаимодействующим
уровням.
Технологии локальных сетей реализуют, как правило,
функции только двух нижних уровней модели ISO - физического и канального.
Функциональности этих уровней достаточно для доставки кадров в пределах
стандартных топологий, которые поддерживают LAN: звезда (общая шина), кольцо и
дерево. Однако из этого не следует, что компьютеры, связанные в локальную сеть,
не поддерживают протоколы уровней, расположенных выше канального. Эти протоколы
также устанавливаются и работают на узлах локальной сети, но выполняемые ими
функции не относятся к технологии LAN.
По способу передачи информации сети принято делить на: коммутации каналов; коммутации сообщений;
коммутации пакетов; интегральные сети.
Сети коммутации
каналов обеспечивают прямое соединение клиентов, которое остается
неизменным в течении всего сеанса.
При коммутации
сообщений информация передается порциями, называемыми сообщениями. Прямое
сообщение не устанавливается. Передача сообщения начинается после освобождения
первого канала и так далее, пока сообщение не дойдет до адресата. Каждым
сервером осуществляется прием информации, ее сбор.
При коммутации
пакетов обмен производится короткими пакетами фиксированной структуры.
Пакет – часть сообщения, удовлетворяющая некоторому стандарту. Малая длина
пакетов предотвращает блокировку линий связи, не дает расти очереди в узлах
коммутации. Это обеспечивает быстрое соединение, низкий уровень ошибок,
надежность и эффективность использования сети.
Интегральные
сети – сети, обеспечивающие
коммутацию каналов, сообщений и пакетов. Они объединяют несколько
коммутационных сетей.
К одному из важных видов сетевых технологий относится распределенная
обработка данных. Ее особенность – ПЭВМ стоят на рабочих местах, т.е.
на местах возникновения и использования информации; они соединены каналами
связи, что дает возможность распределять их ресурсы по отдельным функциональным
сферам деятельности и изменить технологию обработки данных в направлении
децентрализации.
Следует различать распределенную обработку данных и
распределенную базу данных. В первом случае база данных находится на сервере, а
обработка осуществляется на компьютерах-клиентах. Во втором случае – база
данных размещается на нескольких серверах.
В системе распределенной обработки данных клиент
работает в режиме запросов. Он может послать запрос к собственной локальной
базе или удаленной. Удаленный запрос
– единичный запрос к одному серверу. Несколько удаленных запросов к одному
серверу объединяются в удаленную транзакцию.
Если отдельные запросы транзакций обрабатываются различными серверами, то
транзакция называется распределенной. При этом один запрос транзакций
обрабатывается одним сервером. Распределенная база данных позволяет
обрабатывать один запрос несколькими серверами. Такой запрос называется
распределенным.
Различают централизованную, децентрализованную и смешанную технологии распределенной обработки данных. При централизованной обработке
данных на одном сервере находится единственная копия базы данных. Все операции
с базой данных обеспечиваются этим сервером. Доступ к данным выполняется с
помощью удаленного запроса и удаленной транзакции.
Децентрализованная
организация данных предполагает разбиение информационной базы на несколько
физически распределенных. Каждый клиент пользуется своей базой данных, которая
может быть либо частью общей информационной базы, либо копией информационной базы в целом.
Смешанная
организация данных объединяет оба способа.
4. Глобальные компьютерные сети
Глобальная
компьютерная сеть (ГКС, англ. Wide Area Network, WAN) —
компьютерная сеть, охватывающая большие территории и включающая в себя большое
число компьютеров.
Крупнейшие ГВС: Internet, FidoNet.
Интернет (англ. Internet) — всемирная система объединённых компьютерных сетей,
построенная на использовании протокола IP и маршрутизации пакетов
данных. Интернет образует глобальное информационное пространство, служит физической основой для Всемирной паутины
(WWW, World Wide Web) и
множества других систем (протоколов) передачи данных. Часто упоминается как «Всемирная
сеть» и «Глобальная сеть».
Сеть Интернет можно определить как совокупность ЛВС, удовлетворяющих протоколу TCP/IP, которая имеет общее
адресное пространство, где у
каждого компьютера есть свой уникальный IP – адрес.
Протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol, Internet Protocol)-
совокупность протоколов, правил коммуникации для передачи данных через Internet. Благодаря этому протоколу появилась возможность
обмена данными между любыми компьютерами, независимо от их типа и конфигурации.
В Интернет используются
следующие виды адресов:
1) Цифровой
адрес имеет длину 32 бита,
разделенных на 4 блока по 8 бит, которые можно записать в двоичном коде. Адрес
содержит полную информацию, необходимую для идентификации компьютера и включает в себя три компонента: адрес сети, адрес подсети, адрес
компьютера в подсети. Например: 192.45.9.200
адрес
адрес адрес
сети подсети компьютера
2) Доменный
адрес (домены – пространство
разделенное на области) читается в обратном порядке в отличие от цифрового.
Вначале идет имя компьютера, затем имя сети, в которой он находится. Например: msal.ru - юр.академия.
В системе адресов Internet приняты
следующие виды доменов:
а) представленные
географическими регионами, имеют двухбуквенное обозначение (ru –
Россия, ca –Канада, us – США,
fr- Франция);
б) разделенные по тематическим признакам, имеют трех- четырехбуквенное сокращенное название (edu – уч.заведения, com. – коммерческие организации, gov- правительственные
учреждения, info- информационные ресурсы).
3) URL – адрес (Uniform Recourse Locator)
является универсальным адресом, который
содержит информацию и о том, где находится
запрашиваемый ресурс и как к нему следует обращаться. URL – адрес состоит из двух частей, разделенных
двоеточием. Например: http://www.dgu.ru, ftp://icc.dgu.ru.
Левая часть – это тип ресурса, по нему определяется, к
какому типу принадлежит запрашиваемый ресурс и как получить к нему доступ
(каким сетевым протоколом надо пользоваться). Правая часть указывает на
конкретный адрес нужного ресурса.
Провайдер (в переводе с англ. – поставщик) - это организация или фирма,
предоставляющая доступ в Интернет.
Браузер —
компьютерная программа для просмотра веб-страниц.
Существует довольно много браузеров. Самые популярные из них — это Microsoft Internet Explorer, Mozilla Firefox, Google Chrome, Safari и Opera.
Рунет — русскоязычная
часть всемирной сети Интернет. Более узкое определение гласит, что Рунет —
это часть Всемирной паутины, принадлежащая к национальным доменам .su, .ru и .рф. 19 сентября
1990 года был зарегистрирован домен первого уровня .su в базе данных Международного информационного центра InterNIC. В результате этого Советский Союз стал доступен через Интернет. 7 апреля 1994 года в InterNIC был
зарегистрирован российский домен .ru.
Домен «.рф»,
позволяющий использовать в адресе URL кириллические символы, делегирован в корневой зоне DNS 12 мая 2010 года около 17:20 по московскому времени.
Сайт (от англ. website: web — «паутина, сеть» и site — «место», буквально «место, сегмент, часть в
сети») — совокупность электронных документов (файлов) частного лица или
организации в компьютерной сети, объединённая под одним адресом (доменным именем или IP-адресом).
Веб-портал – самое сложное интернет-образование, это сайт или
группа сайтов, объединенных для предоставления, помимо обычного доступа к текстовой
и/или графической информации, еще и доступа к множеству дополнительных
сервисов: бесплатная веб-почта, подписка на тематические рассылки, размещение в
системах контекстной и баннерной рекламы, участие в рейтингах, просмотр и
анализ интернет-статистики.
В настоящее время в Интернете существует достаточно
большое количество сервисов, обеспечивающих работу со всем спектром ресурсов.
Наиболее известными среди них являются:
1. электронная почта (E-mail),
обеспечивающая возможность обмена сообщениями одного человека с одним или
несколькими абонентами;
2. телеконференции, или группы новостей (Usenet), обеспечивающие
возможность коллективного обмена сообщениями;
3. сервис FTP — система файловых
архивов, обеспечивающая хранение и пересылку файлов различных типов;
4. сервис Telnet,
предназначенный для управления удаленными компьютерами в терминальном режиме;
5. World Wide Web (WWW, W3) —
гипертекстовая (гипермедиа) система, предназначенная для интеграции различных
сетевых ресурсов в единое информационное пространство;
6. сервис DNS, или система доменных имен,
обеспечивающий возможность использования для адресации узлов сети мнемонических
имен вместо числовых адресов;
7. сервис IRC, предназначенный для
поддержки текстового общения в реальном времени (chat);
Комментариев нет:
Отправить комментарий