Компьютерных сетей

Компьютерной сетью называется соединение двух или более компьютеров. В общем случае для создания компьютерной сети необходимо специальное аппаратное (сетевое оборудование) и программное обеспечение (сетевые программные средства). Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данными называется прямым соединением. В этом случае никакого дополнительного аппаратного и программного обеспечения не требуется. Роль аппаратного соединения выполняет стандартный параллельной порт, а все программное обеспечение уже есть в операционной системе. Достоинством прямого соединения является его простота, недостатком – низкая скорость передачи данных.

Сети делятся на локальные и глобальные. Назначение всех видов сетей имеет одно назначение – обеспечение совместного доступа к общим ресурсам: аппаратным, программным и информационным (ресурсам данных).

По характеру реализуемых функций сети подразделяются:

- на вычислительные, предназначенные для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации;

- информационные, предназначенные для получения справочных данных по запросу пользователей;

- смешанные, в которых реализуются вычислительные и информационные функции.

По способу управления сети делятся на сети:

- с децентрализованным управлением - каждый компьютер, входящий в состав сети, включает полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций;

- с централизованным управлением - координация работы компьютеров осуществляется под управлением единой ОС;

- со смешанным управлением - под централизованным управлением ведется решение задач, обладающих высшим приоритетом и, как правило, связанных с обработкой больших объемов информации.

Уровни модели связи:

1. Прикладной уровень – пользователь с помощью приложений создает документ.

2. Уровень представления – операционная система компьютера фиксирует, где находятся данные и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем.

3. Сеансовый уровень – компьютер взаимодействует с сетью: проверяет право пользователя на выход в сеть и передает документ к протоколам транспортного уровня.

4. Транспортный уровень – документ преобразуется в ту форму, в которой положено передавать данные в используемой сети.

5. Сетевой уровень определяет маршрут движения данных в сети.

6. Уровень соединения необходим для того, чтобы промодулировать сигналы в соответствии с данными, полученными с сетевого уровня. В компьютере эти функции выполняет сетевая карта или модем.

7. Физический уровень. На этом уровне происходит реальная передача данных. Здесь нет ни документов, ни пакетов, ни байтов – только биты. Восстановление документа происходит постепенно, при переходе с нижнего уровня на верхний. Средства физического уровня лежат за пределами компьютера. В локальных сетях это оборудование самой сети. При удаленной связи с использованием модемов это лини телефонной связи, коммутационное оборудование и т.п.

Разные уровни протоколов сервера и клиента не взаимодействуют друг с другом напрямую, но они взаимодействуют через физический уровень. Постепенно переходя с верхнего уровня на нижний, данные непрерывно преобразуются. Это и создает эффект виртуального взаимодействия уровней между собой. Однако несмотря на виртуальность, это все-таки соединения, через которые тоже проходят данные. На виртуальных соединениях основаны все службы современного Интернета.

Локальные вычислительные сети (ЛВС). Если компьютеры находятся недалеко друг от друга, используют общий комплект сетевого оборудования и управляются одним пакетом программного обеспечения, то такую сеть называют локальной. Создание локальных сетей характерно для отдельных подразделений предприятий. Рассмотрим организацию обмена информацией модели взаимодействия в ЛВС.

В серверных ЛВС реализованы две модели взаимодействия пользователей с рабочими станциями: модель файл-сервер и модель клиент-сервер. В первой модели сервер обеспечивает доступ к файлам базы данных для каждой рабочей станции, и на этом его работа заканчивается. Например, если используется база данных типа файл-сервер для получения сведений о налогоплательщиках, проживающих на какой-либо конкретной улице Москвы, по сети будет передана вся таблица по территориальному округу, и решать, какие записи в ней удовлетворяют запросу, а какие нет, приходится самой рабочей станции. Таким образом, работа модели «файл-сервер» приводит к перегрузке сети.

Устранение этих недостатков достигается в модели «клиент-сервер». В этом случае прикладная система делится на две части: внешнюю, об­ращенную к пользователю и называемую клиентом, и внутреннюю, об­служивающую и называемую сервером. Сервером является машина, об­ладающая ресурсами и предоставляющая их, а клиентом — потенциаль­ный потребитель этих ресурсов. Роль ресурсов может играть файловая система (файловый сервер), процессор (вычислительный сервер), база данных (сервер базы данных), принтер (принтер-сервер) и др. Так как сервер (или серверы) обслуживает одновременно многих клиентов, то на серверном компьютере должна функционировать многозадачная опера­ционная система.

В модели «клиент-сервер» сервер играет активную роль, ибо его программное обеспечение заставляет сервер «сначала подумать, а потом сделать». Потоки информации, текущие по сети, становятся меньшими, поскольку сервер сначала обрабатывает запросы, а затем посылает клиенту то, в чем он нуждается. Сервер также контролирует допустимость обращения к записям на индивидуальной основе, что обеспечивает большую безопасность данных.

В модели «клиент-сервер», созданной на основе ПЭВМ, предлагается следующее:

· сеть содержит значительное количество серверов и клиентов;

· основу вычислительной системы составляют рабочие станции, каждая из которых функционирует как клиент и запрашивает информацию, которая находится на сервере;

· пользователь системы освобожден от необходимости знать, где находит­ся требуемая ему информация, он просто запрашивает то, что ему нужно;

· система реализуется в виде открытой архитектуры, объединяющей ЭВМ различных классов и типов с различными системами.

Конфигурация ЛВС.Конфигурация локальной сети называется топологией. Наиболее распространены следующие топологии:

- шина - одна из машин служит в качестве системного обслуживающего устройства, обеспечивающего централизованный доступ к общим файлам, базам данных и к другим вычислительным ресурсам;

- кольцо - информация по кольцу может передаваться только в одном направлении;

- звезда (радиальная) - в центре сети размещается коммутирующее устройство, обеспечивающее жизнеспособность системы;

- снежинка (многосвязная) - топология с файловым сервером для разных рабочих групп и один центральный сервер для всей сети;

- иерархическая (дерево) - образуется путем соединения нескольких шин с корневой системой, где размещаются самые важные компоненты ЛВС.

На практике чаще встречаются гибридные ЛВС, приспособленные к требованиям конкретного заказчика и сочетающие фрагменты различных топологий. Локальные сети можно объединять друг с другом, даже если между ними очень большие расстояния. При этом используются обычные средства связи: телефонные линии, радиостанции, волоконно-оптические линии, спутниковая связь и др. При соединении двух или более сетей между собой образуется глобальная сеть. Глобальная сеть может охватывать город, область, страну, континент и весь земной шар. В тех случаях, когда сети, работающие по разным протоколам пересекаются, возникает необходимость в переводе данных из формата, принятого в одной сети, в формат, принятый в другой сети. Компьютеры или программы, выполняющие эту функцию, называют шлюзами. Если объединяют сети, использующие одинаковые протоколы, то оборудование, стоящее между ними, называют мостами.

Методы доступа в ЛВС.По методам в сети выделяются такие наиболее распространенные сети, как Ethernet, ArcNet, Token Ring.

Ethernet - метод множественного доступа. Перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если свободен, то станция начинает передачу. Для данного метода используется топология «шина». Сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными станциями, подключенными к общей шине. Сообщение игнорируется всеми станциями, кроме отправителя и адресата.

ArcNet - используется в ЛВС со звездообразной топологией. Один из ПК создает специальный маркер, который последовательно передается от одного ПК к другому. Если станция передает сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет отделено от маркера и передано станции.

Token Ring - рассчитан на кольцевую структуру и также использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. Но при нем имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям. При этом методе маркер перемещается по кольцу, давая последовательно расположенным на нем компьютерам право на передачу.

Обеспечение безопасности информации в вычислительных сетях.При подключении локальной сети к глобальной сети важную роль играет понятие сетевой безопасности. Должен быть ограничен доступ в локальную сеть для посторонних лиц извне, а также ограничен выход за пределы локальной сети для сотрудников предприятия, не имеющих соответствующих прав. Для обеспечения сетевой безопасности между локальной и глобальной сетью устанавливают брандмауэры - компьютеры или программы, препятствующие несанкционированному перемещению данных между сетями.

Глобальная информационная сеть Интернет.Интернет в узком смысле – это объединение сетей. Однако в последние годы у этого слова появился и более широкий смысл: Всемирная компьютерная сеть. Интернет можно рассматривать в физическом смысле, как несколько миллионов компьютеров, связанных друг с другом всевозможными линиями связи. Однако такой физический взгляд очень узок.

Интернет представляет собой некое информационное пространство, внутри которого осуществляется непрерывная циркуляция данных. В этом смысле его можно сравнить с теле- и радиоэфиром, хотя есть очевидная разница в том, что в эфире никакая информация храниться не может, а в Интернете она перемещается между компьютерами, составляющими узлы сети, и какое-то время хранится на жестких дисках. Рассмотрим принципы функционирования Интернет.

Рождением Интернета принято считать 1983 год. В этом году произошли революционные изменения в программном обеспечении компьютерной связи. Днем рождения в современном понимании этого слова стала дата стандартизации протокола связи TCP/IP, лежащего в основе Всемирной сети по нынешний день.

Протокол TCP – протокол транспортного уровня. Он управляет тем, как происходит передача информации. 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.

Протокол IP – адресный. Он принадлежит сетевому уровню и определяет, куда происходит передача. Его суть состоит в том, что у каждого участника Всемирной сети должен быть свой уникальный адрес (IP-адрес). Этот адрес выражается четырьмя байтами. Каждый компьютер, через который проходит TCP-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 пакет достигает нужного адреса.

Основные информационные ресурсы Интернет:

1. Удаленный доступ к ресурсам сети TELNET. 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. Часто протоколы Telnet применяют для дистанционного управления техническими объектами.

2. Электронная почта:

- Электронная почта (E-Mail). Почтовые сервера 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 протоколах: SMTP и POP3. По первому происходит отправка корреспонденции с компьютера на сервер, а по второму – прием поступивших сообщений. Существует большое разнообразие клиентских постовых программ.

- Списки рассылки (Mail List). Это специальные тематические сервера, собирающие информацию по определенным темам и переправляющие ее подписчикам в виде сообщений электронной почты. 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 большой группе. Такие группы называются телеконференциями или группами новостей. Сообщения, направленные на сервер группы новостей, отправляются с него на все серверы, с которыми он связан, если на них данного сообщения нет. На каждом из серверов поступившее сообщение хранится ограниченное время, и все желающие могут с ним ознакомиться. Ежедневно в мире создаются порядка миллиона сообщений для групп новостей. Вся система телеконференций разбита на тематические группы.

3. Технология World Wide Web (WWW).Служба World Wide Web (WWW). Это самая популярная служба современного Интернета. Это единое информационное пространства, состоящее из сотен миллионов взаимосвязанных электронных документов, хранящихся на Web-серверах. Отдельные документы, составляющие Web-пространство, называют Web-страницами. Группы тематических Web-страниц называют Web-узлами. Один физический Web-сервер может содержать достаточно много Web-узлов, каждому из которых, обычно, отводится отдельный каталог на жестком диске сервера. Программы для просмотра Web-страниц называют браузерами или обозревателями. Браузер выполняет отображение документа на экране, руководствуясь командами, которые автор внедрил в текст. Такие команды называются тегами. Правила записи тегов содержатся в спецификации особого языка разметки, называемого языком разметки гипертекста – HTML. Существует возможность внедрения в гипертекст графических и мультимедийных документов.

Наиболее важной чертой Web-страниц являются гипертекстовые ссылки. С любым фрагментом текста можно связать иной Web-документ, то есть установить гиперссылку. Гипертекстовая связь между сотнями миллионов документов является основой существования логического пространства World Wide Web. Адрес любого файла во всемирном масштабе определяется унифицированным указателем ресурса – URL. Адрес URL состоит из трех частей:

- указание протокола службы, которая осуществляет доступ к данному ресурсу. Для WWW прикладным является протокол HTTP (http://…);

- указание доменного имени сервера, на котором хранится данный ресурс (http://www.abcde.com);

- указание полного пути доступа к файлу на данном компьютере (http://www.abcde.com/Files/New/abcdefg.zip).

Именно в форме URL и связывают адрес ресурса с гипертекстовыми ссылками на Web-страницах. При щелчке на гиперссылке браузер посылает запрос для поиска и доставки ресурса, указанного в ссылке.

4. Служба имени доменов (DNS). IP-адрес удобен для компьютера, но неудобен для людей, поэтому существует более удобная форма записи, использующая систему доменов. Например: www.microsoft.com, microsoft– доменное имя сервера – получено при регистрации, com – суффикс, определяющий принадлежность домена. Наиболее распространены следующие суффиксы: com – сервер коммерческой организации; gov – сервер правительственной организации; edu – сервер учебного заведения. Такая система принята в США, в других странах вместо типа сервера указывают код страны, например Россия – ru. Необходим перевод доменных имен в IP-адреса. Этим и занимаются серверы службы имен доменов.

4. Обмен файлами по протоколу FTP:

- Службы передачи файлов (FTP). Прием и передача файлов составляет значительный процент от прочих услуг Интернета. Служба FTP имеет свои сервера, на которых хранятся архивы данных.

- Служба IRC (чаты, чат-конференции). Предназначена для прямого общения нескольких человек в режиме реального времени.

- Служба ICQ. Это служба предназначена для поиска сетевого IP-адреса человека, подключенного в данный момент к Интернету. Необходимость в подобной услуге связана с тем, что большинство пользователей не имеют постоянного IP-адреса. Для пользования этой службой надо зарегистрироваться на ее центральном сервере и получить идентификационный номер (UIN). Зная UIN адресата, но не зная его текущий IP-адрес, можно оправить ему сообщение. В этом случае ICQ-служба приобретает характер Интернет-пейджера.