Региональные сети объединяют пользователей города, области и в качестве каналов связи чаще всего используют телефонные линии.
Тема 4. Основные сведения о компьютерных сетях и гипертекстовых технологиях
Основные сетевые технологии и среды передачи данных
Основным физическим способом реализации операции передачи информации является использование компьютерных сетей. Компьютерная сеть представляет собой систему взаимосвязанных и распределенных компьютеров, ориентированных на коллективное использование ресурсов сети, в качестве которых используются аппаратные, программные и информационные ресурсы. Назначение компьютерных сетей: обеспечить надежный и быстрый доступ пользователей к ресурсам сети и возможность оперативного перемещения информации на любые расстояния с целью своевременного получения данных для принятия управленческих решений. Компьютерные сети позволяют организовать параллельную обработку данных несколькими ПК; создавать распределенные базы данных; автоматизировать обмен информацией и программами между отдельными компьютерами и пользователями сети; резервировать отдельные мощности на случай выхода из строя отдельных ресурсов. Аппаратные ресурсы сети составляют компьютеры различных типов, средства территориальных систем связи, аппаратура связи и согласования работы сетей. Программные ресурсы сети представляют собой комплекс программ для планирования, организации и осуществления коллективного доступа пользователей к общесетевым ресурсам, автоматизации процессов обработки информации, динамического распределения и перераспределения общесетевых ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователя. Информационные ресурсы сети представляют собой базы данных общего и индивидуального применения, ориентированные на решаемые в сети задачи. Сети подразделяются на локальные, региональные и глобальные
Глобальные сети — это сети, имеющие всемирный, международный характер и соединяющие пользователей независимо от их географического положения. Связь осуществляется посредством спутниковых каналов связи и телефонных линий.
Региональные сети объединяют пользователей города, области и в качестве каналов связи чаще всего используют телефонные линии.
Локальные сети связывают абонентов одной организации, расположенных в одном или нескольких близлежащих зданиях с помощью канала передачи данных. Основное отличие локальной сети от территориально распределенных сетей заключается в использовании коммуникационного оборудования, не требующего специальных мер коррекции ошибок и сжатия информации. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) — программно-аппаратный комплекс, включающий в себя несколько взаимодействующих компьютеров (обычно от нескольких штук до нескольких сотен), соединенных между собой каналами связи. Локальные вычислительные сети организовывают в виде сети Intranet, то есть внутренней сети, построенной на основе тех же протоколов, программного обеспечения, средств доступа и защиты информации, что и глобальная сеть Internet. Топология локальных сетей представляет собой шину с ответвлениями. Данные, пересылаемые по кабельной системе, передаются всем машинам в широковещательном режиме.
Развитие сетевых технологий происходит по следующим направлениям: повышение пропускной способности сетей и увеличение скорости передачи информации; интеллектуализация телекоммуникационных сетей; внедрение беспроводных сетевых технологий. Повышение скорости передачи информации и пропускной способности сетей необходимо для высококачественной передачи изображений, в том числе телевизионных; передачи мультимедиа-информации; организации взаимосвязи сетей различных уровней. Интеллектуализация сетей предусматривает упрощение доступа к услугам связи; помощь в принятии решения по управлению ресурсами сети; преодоление языкового барьера. Эффективность функционирования сети характеризуется производительностью, надежностью, расширяемостью, управляемостью, совместимостью.
Вычислительная сеть включает в себя следующие аппаратные средства:
рабочие станции — персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к сетевым ресурсам;
сетевой адаптер (сетевая карта) — периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных.
концентратор (Hub) — выполняет функцию повторения сигнала, поступающего на порт, на все остальные порты, что позволяет объединить несколько компьютеров в сеть, усиливая сигнал;
коммутатор (Switch) — позволяет увеличить полосу пропускания и уменьшить время задержки обработки информации. При поступлении пакета информации на какой-либо из портов, коммутатор повторяет этот пакет, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер адресат;
мост — это сетевое устройство, предназначенное для соединения различных сегментов сети;
маршрутизатор (router) — это устройство, предназначенное для объединения отдельных сетей и для доступа к Интернет с помощью информации сетевого уровня;
шлюз — ретрансляционная система, обеспечивающая взаимодействие сетей с различными наборами протоколов;
каналы связи — физическая среда передачи данных между узлами сети, например, рабочими станциями. Выделяют следующие виды каналов связи: витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель, радиосвязь, микроволновая связь, инфракрасная связь. При выборе типа кабеля учитываются следующие показатели: стоимость монтажа и обслуживания; ограничение на длину коммуникаций без дополнительных усилителей; безопасность передачи информации.
сервер — это один из включенных в сеть компьютеров, располагающий программными и аппаратными мощностями, достаточными для предоставления сервисов по запросам клиентов.
Классификация серверов: сервер приложений; сервер баз данных для управления БД; файловый сервер для работы с файлами; архивационный сервер для резервного копирования информации; почтовый сервер для организации электронной почты; сервер печати для эффективного использования сетевых принтеров; сервер телеконференций для обработки видеоизображений и организации работы в глобальной сети.
Эталонная модель OSI (Open System Interconnection — связь открытых систем), иногда называемая стеком OSI, представляет собой 7-уровневую сетевую иерархию, разработанную Международной организацией по стандартам ISO (International Standardization Organization). Открытой системой называется система, которая построена в соответствии с открытыми спецификациями. Главная идея модели состоит в том, что вся процедура сетевого взаимодействия разбивается на некоторое количество стандартных шагов, последовательно выполняющихся программным и аппаратным обеспечением компьютера для передачи и при приеме информации. Для описания действий, выполняемых на каждом таком шаге, вводится понятие уровня. Чем ниже уровень (ближе к физической среде передачи), тем больше доля аппаратной части в его реализации. Модель построена так, что объекты одного уровня двух взаимодействующих компьютеров сообщаются непосредственно друг с другом с помощью соответствующих протоколов. Задача объектов — предоставить определенный сервис вышестоящему уровню, используя сервис, который предоставляет нижележащий уровень.
Физический уровень определяет физические, электрические, функциональные и механические интерфейсы между двумя системами. Физический уровень получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел. Механические и электрические/оптические свойства среды передачи определяются на физическом уровне и включают: тип кабелей и разъемов; разводку контактов в разъемах; схему кодирования сигналов для значений 0 и 1.
Канальный уровень обеспечивает надежный обмен пакетами данных, абстрагируясь от физической среды передачи данных. При этом осуществляется создание, прием и передача пакетов, обнаружение и исправление ошибок, адресация сообщений, проверка доступности среды передачи (определение правил совместного использования аппаратных средств сети).
Сетевой уровень обеспечивает перенаправление данных от одной системы к другой, позволяет выполнять адресацию при межсетевом взаимодействии. На уровне происходит маршрутизация пакетов на основе преобразования MAC-адресов (физический адрес сетевой платы) в сетевые адреса. Сетевой уровень обеспечивает прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень.
Транспортный уровень определяет сквозное взаимодействие приложений на двух компьютерах сети, делит потоки информации на достаточно малые фрагменты (пакеты) для передачи их на сетевой уровень. Транспортный уровень способен одновременно обрабатывать несколько потоков данных (потоки могут поступать от различных приложений) между двумя системами. Протоколы транспортного уровня часто имеют функцию контроля доставки данных, заставляя принимающую систему отправлять подтверждения передающей о приеме данных.
Сеансовый уровень отвечает за организацию сеансов обмена данными между оконечными машинами. Он позволяет двум приложениям синхронизировать связь и обмениваться данными. Сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы между приложениями. Управление обменом данными осуществляется с помощью маркера, наличие которого обеспечивает право на выполнение передачи данных. На этом уровне обмен между двумя системами делится на диалоговые блоки и обеспечиваются основные и вспомогательные точки синхронизации этого обмена.
Уровень представлений обеспечивает механизм для передачи данных между приложениями на разнородных компьютерных системах прозрачным для приложений образом. Этот уровень обеспечивает преобразование данных (кодирование, сжатие и распаковка) прикладного уровня в поток информации для транспортного уровня.
Прикладной уровень отвечает за доступ приложений в сеть. Задачами этого уровня является перенос файлов, организация доступа к общим сетевым ресурсам (информации, дисковой памяти, программным приложениям, внешним устройствам), обмен почтовыми сообщениями, управление сетью (управление конфигурацией, разграничение доступа, восстановление работоспособности после сбоев и отказов, управление производительностью), организация электронных конференций.
Протокол является стандартом сетевого программного обеспечения и определяет совокупность функциональных и эксплуатационных требований к какому-либо его компоненту.
Локальные сети
Лока?льная вычисли?тельная сеть (ЛВС, локальная сеть; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Существует множество способов классификации сетей. Основным критерием классификации принято считать способ администрирования. То есть в зависимости от того, как организована сеть и как она управляется, её можно отнести к локальной, распределённой, городской или глобальной сети. Управляет сетью или её сегментом сетевой администратор. В случае сложных сетей их права и обязанности строго распределены, ведётся документация и журналирование действий команды администраторов. Компьютеры могут соединяться между собой, используя различные среды доступа: медные проводники (витая пара), оптические проводники (оптические кабели) и через радиоканал (беспроводные технологии). Проводные, оптические связи устанавливаются через Ethernet, беспроводные — через Wi-Fi, Bluetooth, GPRS и прочие средства. Отдельная локальная вычислительная сеть может иметь связь с другими локальными сетями через шлюзы, 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. Следует отметить, что ранее использовались протоколы Frame Relay, Token ring, которые на сегодняшний день встречаются всё реже, их можно увидеть лишь в специализированных лабораториях, учебных заведениях и службах. 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. Маршрутизация в локальных сетях используется примитивная, если она вообще необходима. Чаще всего это статическая либо динамическая маршрутизация (основанная на протоколе RIP). Иногда в локальной сети организуются рабочие группы — формальное объединение нескольких компьютеров в группу с единым названием.
Сетевой администратор — человек, ответственный за работу локальной сети или её части. В его обязанности входит обеспечение и контроль физической связи, настройка активного оборудования, настройка общего доступа и предопределённого круга программ, обеспечивающих стабильную работу сети.
Технологии локальных сетей реализуют, как правило, функции только двух нижних уровней модели OSI — 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.
Конфликт IP адресов — распространённая ситуация в локальной сети, при которой в одной IP-подсети оказываются два или более компьютеров с одинаковыми IP-адресами. Для предотвращения таких ситуаций и облегчения работы сетевых администраторов применяется протокол DHCP, позволяющий компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP.
Глобальные сети
Глобальная компьютерная сеть, ГКС (англ. Wide Area Network, WAN) — компьютерная сеть, охватывающая большие территории и включающая в себя большое число компьютеров. ГКС служат для объединения разрозненных сетей так, чтобы пользователи и компьютеры, где бы они ни находились, могли взаимодействовать со всеми остальными участниками глобальной сети. Некоторые ГКС построены исключительно для частных организаций, другие являются средством коммуникации корпоративных ЛВС с сетью Интернет или посредством Интернет с удалёнными сетями, входящими в состав корпоративных. Чаще всего ГКС опирается на выделенные линии, на одном конце которых маршрутизатор подключается к ЛВС, а на другом коммутатор связывается с остальными частями ГКС. Глобальные сети отличаются от локальных тем, что рассчитаны на неограниченное число абонентов и используют, как правило, не слишком качественные кана