213

Коммуникационные технологии

Контрольная

Информатика, кибернетика и программирование

Обмен информацией производится по каналам передачи информации. Каналы передачи информации могут использовать различные физические принципы. Сетевое программное обеспечение (ПО) и сетевой протокол. Глобальные компьютерные сети. История развития сети интернет.

Русский

2012-11-14

538.5 KB

53 чел.

КОММУНИКАЦИОННЫЕ  ТЕХНОЛОГИИ  

_________________________________________________________________________________________________________

С О Д Е Р Ж А Н И Е

01 Компьютерные сети. Общие положения

02 Сетевое программное обеспечение (ПО) и сетевой протокол

03 Локальные компьютерные сети

04 Глобальные компьютерные сети

05 Интернет. История развития

_________________________________________________________________________________________________________

В основе коммуникационных технологий лежит процедура информационного обмена. Обмен информацией производится по каналам передачи информации. Каналы передачи информации могут использовать различные физические принципы. Например, при непосредственном общении людей информация передаётся с помощью звуковых волн, а при разговоре по телефону – с помощью электрических сигналов. Пользователи компьютеров могут обмениваться информацией с использованием каналов связи различной физической природы: кабельных, оптоволоконных, радиоканалов и других.

Общая схема передачи информации включает в себя источник информации, канал связи и приёмник информации.

Если производится двусторонний обмен информацией, то источник и приёмник информации могут меняться ролями.

Основной характеристикой каналов связи является их пропускная способность (скорость передачи информации). Пропускная способность канала равна количеству информации, которое может передаваться по нему в единицу времени.

Обычно пропускная способность измеряется в бодах: 1 бод = 1 бит/с (эта единица измерения получила своё название в честь французского изобретателя Ж. М. Бодо). Кратными единицами являются Кбод, Мбод и т.д. Однако иногда в качестве единицы измерения используется байт в секунду (байт/с) и кратные ему единицы – Кбайт/с и Мбайт/с.

Соотношения между единицами пропускной способности канала связи такие же, как и между единицами измерения количества информации:   1 Кбод = 1024 бода;   1 Мбод = 1024 Кбода;   1 Гбод = 1024 Мбода.

_________________________________________________________________________________________________________

01  КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Будем использовать термин «компьютерная сеть» (синонимы: вычислительная сеть, сеть передачи данных) для обозначения набора связанных между собой автономных компьютеров. Два компьютера называются связанными между собой, если они могут обмениваться информацией. Связь не обязательно должна осуществляться при помощи различных проводников. Могут использоваться самые разнообразные средства связи, включая волоконную оптику, радиоволны высокой частоты и спутники связи. Сети могут отличаться друг от друга также размерами и принципами построения.

В зависимости от способа организации обработки данных и взаимодействия пользователей, который поддерживается конкретной сетевой операционной системой, выделяют два класса сетей: сети клиент-сервер  и  иерархические сети.

Для сетей клиент-сервер характерна технология взаимодействия компьютеров в сети, при которой каждый из компьютеров имеет своё назначение и выполняет свою определенную роль. Одни компьютеры в сети владеют и распоряжаются информационно-вычислительными ресурсами (процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, базы данных), другие имеют возможность обращаться к этим службам, пользуясь их услугами. Компьютер, управляющий некоторым ресурсом называют сервером ресурса, а компьютер, пользующийся ресурсом – клиентом (или рабочей станцией).

Сеть из двух клиентов и одного сервера

В большинстве случаев один сервер занимается обслуживанием большого числа клиентов. Если рассмотреть модель «клиент-сервер» чуть внимательнее, то станет очевидным, что в работе сети можно всегда выделить два процесса: серверный и клиентский. Обмен информацией чаще всего происходит так. Клиент посылает запрос серверу через сеть и начинает ожидать ответ. При получении запроса сервер выполняет определённые действия или ищет запрашиваемые данные, затем отсылает ответ. Все это показано на схеме:

В модели «клиент-сервер» различают запросы и ответы

Принято выделять два типа сетей, использующих метод «клиент-сервер», при организации взаимодействия: равноранговая сеть и сеть с выделенным сервером.

Равноранговая сеть – это сеть, в которой нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций, нет единого устройства хранения данных. Операционная система такой сети распределена по всем рабочим станциям, поэтому каждая рабочая станция одновременно может выполнять функции как сервера, так и клиента. Пользователю в такой сети доступны все устройства (принтеры, жесткие диски и т.п.), подключенные к другим рабочим станциям.

Достоинства:

  •  низкая стоимость (используются все компьютеры, подключенные к сети, и умеренные цены на сетевое ПО);
  •  высокая надежность (при выходе из строя одной рабочей станции, доступ прекращается лишь к некоторой части информации).

Недостатки:

  •  работа сети эффективна только при количестве одновременно работающих станций не более 10;
  •  трудности организации эффективного управления взаимодействием рабочих станций и обеспечение секретности информации;
  •  трудности обновления и изменения ПО рабочих станций.

Сеть с выделенным сервером. Здесь один из компьютеров выполняет функции хранения данных общего пользования, организации взаимодействия между рабочими станциями, выполнения сервисных услуг; это сервер сети. На нём устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые устройства (жесткие диски, принтеры, модемы и т.п.). Он выполняет функции хранения данных, печати заданий, удаленной обработки заданий. Все рабочие станции взаимодействуют через сервер, поэтому логическую организацию такой сети можно представить топологией «звезда» (см. далее), где центральное устройство – сервер.

Достоинства:

  •  высокая скорость обработки данных (обрабатываются и выполняются запросы, поступающие одновременно от нескольких пользователей);
  •  обладает надежной системой защиты информации и обеспечения секретности;
  •  проще в управлении по сравнению с равноранговыми сетями.

Недостатки:

  •  такая сеть дороже из-за отдельного компьютера, выделяемого под сервер;
  •  менее гибкая по сравнению с равноправной.

В иерархических сетях все задачи, связанные с хранением, обработкой данных, их представлением пользователям, выполняет центральный компьютер. Пользователь взаимодействует с центральным компьютером с помощью терминала. Операциями ввода-вывода информации управляет центральный компьютер.

Достоинства:

  •  отработанная технология обеспечения сохранности данных;
  •  надёжная система защиты информации и обеспечения секретности.

Недостатки:

  •  высокая стоимость аппаратного и программного обеспечения, высокие эксплуатационные расходы;
  •  быстродействие и надежность сети зависят от центрального компьютера.

Классификация компьютерных сетей имеет множество вариантов. Рассмотрим вариант из семи факторов:

1 Территориальная распространенность

  •  PAN (Personal Area Network) – персональная сеть, предназначенная для взаимодействия различных устройств, принадлежащих одному владельцу.
  •  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 (10 км) в радиусе. Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.
  •  CAN (Campus Area Network – кампусная сеть) – объединяет локальные сети близко расположенных зданий.
  •  MAN (Metropolitan Area Network) – городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много локальных вычислительных сетей.
  •  WAN (Wide Area Network) – глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN: сеть с коммутацией пакетов (Frame relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.
  •  В литературе также используется термин «корпоративная сеть» для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.

2 Функциональное взаимодействие

  •  Клиент-сервер.
  •  Равноранговая сеть.
  •  Смешанная сеть.
  •  Многоранговая сеть.

3 Сетевая топология

  •  Шина.
  •  Звезда.
  •  Кольцо.
  •  Ячеистая.
  •  Решётка.
  •  Дерево.

4 Среда передачи

  •  Проводные (витая пара, телефонный провод, электроэнергосистемы, коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель).
  •  Беспроводные (передача информации по радиоволнам в определенном частотном диапазоне)

5 Функциональное назначение

  •  Сети хранения данных.
  •  Серверные фермы – ассоциации серверов, работающих как единое целое для обработки данных в распределённой системе. Распределённая система является программной системой, построенной на базе сети. Она обеспечивает высокую степень связности и прозрачности элементов. Различие между компьютерной сетью и распределённой системой заключается в ПО (особенно в операционной системе), а не в аппаратуре.
  •  Сети управления процессами.
  •  Домовые и квартирные сети.

6 Скорость передачи

  •  Низкоскоростные (до 10 Мбод).
  •  Среднескоростные (до 100 Мбод).
  •  Высокоскоростные (свыше 100 Мбод).

7 Сетевая операционная система

  •  На основе UNIX (LINUX).
  •  На основе Windows.
  •  На основе NetWare (разработка фирмы Novell; поздние версии системы получили наименование IntranetWare).

_________________________________________________________________________________________________________

02  СЕТЕВОЕ  ПО  И  СЕТЕВОЙ ПРОТОКОЛ.

Сетевое программное обеспечение (ПО) предназначено для организации совместной работы группы пользователей на разных компьютерах в сети. Позволяет организовать общую файловую структуру, общие базы данных, доступные каждому члену группы. Обеспечивает возможность передачи сообщений и работы над общими проектами, возможность разделения ресурсов.

Основные функции сетевого ПО таково:

  •  управление каталогами и файлами;
  •  управление ресурсами;
  •  коммуникационные функции;
  •  защита от несанкционированного доступа;
  •  обеспечение отказоустойчивости;
  •  управление сетью.

Управление каталогами и файлами  заключается в обеспечении доступа к данным, физически расположенным в удалённых узлах сети. Управление  осуществляется с помощью специальной сетевой файловой системы. Файловая система позволяет обращаться к файлам путем применения привычных для локальной работы языковых средств. При обмене файлами должен быть обеспечен необходимый уровень конфиденциальности обмена (секретности данных).

Управление ресурсами  включает обслуживание запросов на предоставление ресурсов, доступных по сети.

Коммуникационные функции  обеспечивают адресацию, буферизацию, выбор направления для движения данных в разветвленной сети (маршрутизацию),  управление потоками данных и т.п.

Защита от несанкционированного доступа – важная функция, способствующая поддержанию целостности данных и их конфиденциальности. Средства защиты могут разрешать доступ к определенным данным только с некоторых терминалов, в оговорённое время, опредёленное число раз и т.п.  У каждого пользователя  могут быть свои права доступа с ограничением совокупности доступных папок или списка возможных действий, например, может быть запрещено изменение содержимого некоторых файлов.

Отказоустойчивость характеризуется сохранением работоспособности ссети при воздействии дестабилизирующих факторов. Отказоустойчивость может обеспечиваться применением для серверов автономных источников питания,  отображением  или  дублированием информации в дисковых накопителях. Под отображением обычно понимают наличие в системе двух копий данных с их расположением на разных дисках, но подключенных к одному контроллеру. Дублирование отличается тем, что для каждого из дисков с копиями используются разные контроллеры. Очевидно, что дублирование более надёжно, нежели отображение. Дальнейшее повышение отказоустойчивости связано с дублированием серверов, что однако требует дополнительных затрат на приобретение оборудования.

Управление сетью связано с применением соответствующих протоколов управления. ПО управления сетью обычно состоит из менеджеров и агентов. Менеджером называется программа, вырабатывающая сетевые команды. Агенты представляют собой программы, расположенные в различных узлах сети. Они выполняют команды менеджеров, следят за состоянием узлов, собирают информацию о параметрах их функционирования, сигнализируют о происходящих событиях, фиксируют аномалии, следят за трафиком, осуществляют защиту от вирусов. Агенты с достаточной степенью интеллектуальности могут участвовать в восстановлении информации после сбоев, в корректировке параметров управления и т.п.

Программное обеспечение сетевых операционных систем (ОС) распределено по узлам сети. Имеется ядро ОС, выполняющее большинство из охарактеризованных выше функций, и дополнительные программы (службы), ориентированные на реализацию протоколов верхних уровней, выполнение специфических функций для  коммутационных серверов, организацию распределённых вычислений и т.п.  К сетевому ПО относят также драйверы сетевых плат.  Для каждого типа сетей разработаны разные типы плат и драйверов. Внутри каждого типа сети может быть много разновидностей плат с разными характеристиками интеллектуальности, скорости, объёма буферной памяти.

В настоящее время наибольшее распространение получили три основные сетевые ОС – UNIX,   Windows NT   и   Novell Netware.

ОC UNIX применяют преимущественно в крупных корпоративных сетях, поскольку эта система характеризуется высокой надежностью, возможностью легкого масштабирования сети. В Unix имеется ряд команд и поддерживающих их программ для работы в сети. Во-первых, это команды ftp и telnet,  реализующие файловый обмен и эмуляцию удалённого узла на базе протоколов TCP/IP. Во-вторых, протокол, команды и программы, разработанные с ориентацией на асинхронную модемную связь по телефонным линиям между удаленными Unix-узлами в корпоративных и территориальных сетях.

ОС Windows NT включает серверную (Windows NT Server) и клиентскую (Windows NT Workstation) части и, тем самым, обеспечивает работу в сетях  «клиент-сервер». Windows NT обычно применяют в средних по масштабам сетях.

ОС Novell NetWare состоит из серверной части и оболочек (Shell), размещаемых в клиентских узлах. Предоставляет пользователям возможность совместно использовать файлы, принтеры и другое оборудование. Содержит службу каталогов, общую распределённую базу данных пользователей и ресурсов сети. Эту ОС чаще применяют в небольших сетях.

Сетевой протокол – набор правил и действий (очерёдности действий), позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами. Разные протоколы, зачастую, описывают лишь разные стороны одного типа связи;  взятые вместе, они образуют стек протоколов. Названия «протокол» и  «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол.

Сетевые протоколы строятся по многоуровневому принципу. Протокол некоторого уровня определяет одно из технических правил связи. В настоящее время для сетевых протоколов используется модель OSI (Open System Interconnection – взаимодействие открытых систем).

Модель OSI – это 7-уровневая логическая модель работы сети. Модель OSI реализуется следующей группой протоколов и правил связи:

  •  на физическом уровне определяются физические (механические, электрические, оптические) характеристики линий связи;
  •  на канальном уровне определяются правила использования физического уровня узлами сети;
  •  сетевой уровень отвечает за адресацию и доставку сообщений;
  •  транспортный уровень контролирует очерёдность прохождения компонентов сообщения;
  •  задача сеансового уровня – координация связи между двумя прикладными программами, работающими на разных рабочих станциях;
  •  уровень представления служит для преобразования данных из внутреннего формата компьютера в формат передачи;
  •  прикладной уровень является пограничным между прикладной программой и другими уровнями – обеспечивает удобный интерфейс связи сетевых программ пользователя.

Стек протоколов TCP/IP – это два протокола нижнего уровня, являющиеся основой связи в Сети сетей, которой является интернет. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) разбивает передаваемую информацию на порции (пакеты) и нумерует все порции. С помощью протокола IP (Internet Protocol) все части передаются получателю. Далее с помощью протокола TCP проверяется, все ли части получены. При получении всех порций TCP располагает их в нужном порядке  и собирает в единое целое.

Перечислим наиболее известные протоколы, используемые в интернете:

  •  HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – протокол передачи гипертекста. Протокол HTTP используется при пересылке Web-страниц с одного компьютера на другой.
  •  FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. FTP даёт возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удалённым компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.
  •  POP (Post Office Protocol) – стандартный протокол почтового соединения. Серверы POP обрабатывают входящую почту, а протокол POP предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ.
  •  SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – протокол, который задаёт набор правил для передачи почты. Сервер SMTP возвращает либо подтверждение о приёме, либо сообщение об ошибке, либо запрашивает дополнительную информацию.
  •  UUCP (Unix to Unix Copy Protocol) – ныне устаревший, но всё ещё применяемый протокол передачи данных, в том числе для электронной почты. Этот протокол предполагает использование пакетного способа передачи информации, при котором сначала устанавливается соединение клиент-сервер и передаётся пакет данных, а затем автономно происходит его обработка, просмотр или подготовка писем.
  •  Telnet – протокол удалённого доступа. Даёт возможность абоненту работать на любом компьютере в интернете как на своём собственном, то есть запускать программы, менять режим работы и т.д. На практике возможности ограничиваются тем уровнем доступа, который задан администратором удаленного компьютера.
  •  DTN – протокол, предназначенный для обеспечения сверхдальней космической связи.

_________________________________________________________________________________________________________

03  ЛОКАЛЬНЫЕ  КОМПЬЮТЕРНЫЕ  СЕТИ

Локальная вычислительная сеть (ЛВС; ЛС, LAN = Local Area Network) – это группа компьютеров, а также периферийное оборудование, объединённые одним или несколькими автономными (не арендуемыми) высокоскоростными каналами передачи цифровых данных (в том числе проводными, волоконно-оптическими, радио-СВЧ или ИК-диапазона) в пределах одного или нескольких зданий. ЛВС служит для решения комплекса взаимосвязанных  функциональных и/или информационных задач (в рамках организации или её автоматизированной системы), а также совместного использования объединенных информационных и вычислительных ресурсов.

ЛВС могут иметь в своем составе средства для выхода в распределенные и глобальные вычислительные сети.

Существует ряд стандартных вариантов построения локальных вычислительных сетей:

  •  AppleTalk – технология и средство программного обеспечения для создания кабельных равноранговых ЛВС небольших организаций (например, издательств, имеющих несколько ПК и принтеров в одном здании) на базе ПК Macintosh фирмы Apple. Расстояние между наиболее удаленными узлами в этой сети 500 м.
  •  ARCnet (Attached Resource Computing Network) – нестандартная сетевая архитектура, разработанная корпорацией Datapoint  ещё в середине 1970-х. Метод доступа основан на передаче маркера в сети с шинной топологией; поддерживаются коаксиальный и волоконно-оптический кабели, а также витая пара. Сетевые устройства ARCnet применяются в локальных сетях небольших организаций.
  •  Broadband LAN – широкополосная локальная сеть, рассчитанная на скорость передачи данных свыше 600 Мбод.
  •  Bus network – ЛВС с шинной топологией, все станции которой подсоединены к одному кабелю. Каждая станция, принимая сигналы, переданные одной из станций, имеет возможность распознать предназначенные ей пакеты и проигнорировать остальные.
  •  CD-ROM based LAN – локальная сеть, основанная на использовании CD-ROM.
  •  ESA (Enterprise Systems Architecture) – архитектура вычислительных систем масштаба предприятия, а также операционная система корпорации IBM.
  •  FireWire (огненный провод) – архитектура построения домашних ЛВС, основана на использовании стандарта IEEE 1394; известна также как OP i.Link. Архитектура предназначена для объединения бытовых электронных устройств в локальную сеть с целью обмена аудио-, видео- и другими мультимедийными данными. Её интерфейс позволяет использовать одножильный пластиковый оптоволоконный кабель и светодиодный лазер.
  •  LocalTalk – разработанная фирмой Apple архитектура кабельной системы на основе экранированной витой пары, предназначена для объединения в сеть персональных компьютеров Macintosh, IBM PC и периферийного оборудования; использует метод доступа с предотвращением конфликтов.
  •  Token Ring – архитектура и технология построения сети, разработанная фирмой IBM, в соответствии с которой включенные в ЛВС станции могут производить передачу данных только когда они владеют маркером, непрерывно циркулирующим по кольцу. Существующие два варианта этой технологии обеспечивают скорость передачи данных до 16 Mбод. Адаптеры Token Ring, как правило, поддерживают оба режима работы. При этом предусмотрена возможность объединения соединительными мостами до 8 колец. В одном кольце может находиться не более 260 сетевых узлов (в том числе ЭВМ, принтеров, сканеров, плоттеров). Технология Token Ring выполняет те же функции, что и Ethernet, но реализует их иным способом. Большинство небольших предприятий устанавливают сети Ethernet, отдавая им предпочтение перед Token Ring из-за их относительной  простоты. Стандарт IEEE 802.5 определяет тип кабеля, с которым работают сети Token Ring (STP, UTP или оптоволоконный кабель).
  •  USB LAN architecture (Архитектура ЛВС на USB) – архитектура построения домашней ЛВС на основе использования универсальной последовательной шины (USB). Простейший её вариант – подсоединение двух ПК обычным кабелем через USB-порт. При необходимости на этой основе можно создать равноранговую сеть, объединяющую через USB-концентратор до 17 ПК с топологией звезда. Компьютер, к которому подключен USB-концентратор в этой сети, выполняет роль управляющего.
  •  XNS (Xerox Network System) – архитектура построения сети, разработанная фирмой Xerox; содержит набор протоколов, положенных в основу протоколов маршрутизации (IPX/SPX) сети NetWare. Одной из особенностей архитектуры XNS является предоставляемая пользователям сети возможность использовать файлы, расположенные на других компьютерах.

Во многих случаях при организации локальных сетей используется NetWare – сетевая ОС разработанная фирмой Novell. Ее версия Personal NetWare предназначена для равноранговых ЛВС, другие версии NetWare – для сетей с архитектурой клиент-сервер. Поздние версии системы получили наименование IntranetWare.

Технологии локальных сетей реализуют, как правило, функции только двух уровней модели OSI – физического и канального. Функциональности этих уровней достаточно для доставки пакетов в пределах стандартных топологий, которые поддерживают LAN: общая шина, звезда, 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.

Основными стандартными топологиями в ЛВС являются 6:

  •  общая шина;
  •  звезда;
  •  кольцо;
  •  ячеистая;
  •  решётка;
  •  дерево.

Однако базовыми являются первые три из указанных, к краткому рассмотрению которых мы переходим.

1 Общая шина

При шинной топологии канал передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

2 Звезда

Концепция топологии сети в виде звезды пришла  от старых больших ЭВМ, где головная машина представляла активный узел обработки данных, т.е. получала и обрабатывала все данные с периферийных устройств. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами в ЛВС проходит через центральный узел вычислительной сети, которым является файл-сервер.

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельные соединения довольно просты, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высоки, особенно когда центральный узел физически расположен не в центре топологической зоны. При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные линии: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология «звезда» является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысока по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файл-сервера. Он может быть «узким местом» вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети. Однако файл-сервер может реализовать оптимальный механизм защиты от несанкционированного доступа к информации. Вся ЛВС может управляться из её «центра».

3. Кольцо

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если физически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, вытянуты в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять «в дорогу» по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

_________________________________________________________________________________________________________

04  ГЛОБАЛЬНЫЕ  КОМПЬЮТЕРНЫЕ  СЕТИ

Глобальная компьютерная сеть (Wide Area Network, WAN) охватывает значительную географическую область, часто целую страну или даже континент. Она объединяет компьютеры, предназначенные для выполнения программ пользователя (то есть приложений). Следуя традиционной терминологии, будем называть эти компьютеры хостами. Хосты соединяются коммуникационными подсетями, называемыми для краткости просто подсетями. Хосты обычно являются собственностью клиентов (то есть просто клиентскими компьютерами), в то время как коммуникационной подсетью чаще всего владеет и управляет телефонная компания или поставщик услуг Интернета.

Задачей подсети является передача сообщений от хоста к хосту, подобно тому как телефонная система переносит слова от говорящего слушающему. Таким образом, коммуникативный аспект сети (подсеть) отделён от прикладного аспекта (хостов), что значительно упрощает структуру сети.

В большинстве глобальных сетей подсеть состоит из двух раздельных компонентов: линий связи и переключающих элементов. Линии связи, также называемые каналами или магистралями, переносят данные от компьютера к компьютеру. Переключающие элементы являются специализированными компьютерами, используемыми для соединения трёх или более линий связи. Когда данные появляются на входной линии, переключающий элемент должен выбрать выходную линию – дальнейший маршрут этих данных. В прошлом для названия этих компьютеров не было стандартной терминологии. Сейчас их называют маршрутизаторами (router), однако по поводу терминологии в данном случае единого мнения нет.

Связь хостов и подсети в ЛВС

В модели, показанной на рисунке, каждый хост соединён с локальной сетью, в которой присутствует маршрутизатор, хотя в некоторых случаях хост может быть связан с маршрутизатором напрямую. Набор линий связи и маршрутизаторов (но не хостов) образует подсеть.

Следует также сделать замечание по поводу термина «подсеть» (subnet). Изначально его единственным значением являлся набор маршрутизаторов и линий связи, используемый для передачи пакета от одного хоста к другому. Однако спустя несколько лет этот термин приобрёл второй смысл, связанный с адресацией в сети. Таким образом, имеется некая двусмысленность, связанная с термином «подсеть». К сожалению, этому термину в его изначальном смысле нет никакой альтернативы, придётся использовать его в обоих смыслах. По контексту всегда будет ясно, что имеется в виду.

Большинство глобальных сетей содержат большое количество кабелей или телефонных линий, соединяющих пару маршрутизаторов. Если какие-либо два маршрутизатора не связаны линией связи напрямую, то они должны общаться при помощи других маршрутизаторов. Когда пакет посылается от одного маршрутизатора другому через несколько промежуточных маршрутизаторов, он получается каждым промежуточным маршрутизатором целиком, хранится на нём, пока требуемая линия связи не освободится, а затем пересылается дальше. Подсеть, работающая по такому принципу, называется подсетью с промежуточным хранением (store-and-forward) или подсетью с коммутацией пакетов (packetswitched).

Почти у всех глобальных сетей (кроме использующих спутники связи) есть подсети с промежуточным хранением. Небольшие пакеты фиксированного размера часто называют ячейками (cell). В общем случае, когда у процесса какого-нибудь хоста появляется сообщение, которое он собирается отправить процессу другого хоста, первым делом отправляющий хост разбивает последовательность на пакеты, каждый из которых имеет свой порядковый номер. Пакеты один за другим направляются в линию связи и по отдельности передаются по сети. Принимающий хост собирает пакеты в исходное сообщение и передаёт процессу. Продвижение потока пакетов наглядно показано на рисунке.

Поток пакетов от отправляющего процесса к принимающему

На рисунке видно, что все пакеты следуют по пути АСЕ, а не ABDE или ACDE. В некоторых сетях путь всех пакетов данного сообщения вообще является строго определенным. В других сетях путь пакетов может прокладываться независимо.

Решения о выборе маршрута принимается на локальном уровне. Когда пакет приходит на маршрутизатор А, именно последний решает, куда его перенаправить – на В или на С. Метод принятия решения называется алгоритмом маршрутизации. Их существует огромное множество.

Не все глобальные сети используют коммутацию пакетов. Второй возможностью соединить маршрутизаторы глобальной сети является радиосвязь с использованием спутников. Каждый маршрутизатор снабжается антенной, при помощи которой он может принимать и посылать сигнал. Все маршрутизаторы могут принимать сигналы со спутника, а в некоторых случаях они могут также слышать передачи соседних маршрутизаторов, передающих данные на спутник. Иногда все маршрутизаторы соединяются обычной двухточечной подсетью, и только некоторые из них снабжаются спутниковой антенной. Спутниковые сети являются широковещательными и наиболее полезны там, где требуется широковещание.

_________________________________________________________________________________________________________

05  ИНТЕРНЕТ.  ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ

Как и множество других технологических изобретений, глобальные компьютерные сети вышли из недр исследовательских проектов сугубо военного назначения. Запуск в Советском Союзе первого искусственного спутника Земли в 1957 году ознаменовал начало технологического соревнования между СССР и США. В 1958 году для проведения и координации научно-исследовательской деятельности в военной области при Министерстве обороны США было выделено специальное Агентство Передовых Исследовательских Проектов (Advanced Research Projects Agency – ARPA). В его ведении, в частности, находились и работы по обеспечению безопасности связи и коммуникации в случае начала ядерной войны. Такая система передачи данных должна была обладать максимальной устойчивостью к повреждениям и быть способной функционировать даже при полном выведении из строя большинства своих звеньев.

В 1967 году для создания сети передачи данных было решено использовать разбросанные по всей стране компьютеры ARPA, соединив их обычными телефонными проводами. Работы по созданию первой глобальной компьютерной сети, получившей название ARPANet, велись быстрыми темпами и уже к 1968 году появились её узлы, первый из которых был построен в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (University of California in Los-Angeles, UCLA), второй – в Стенфордском исследовательском институте (Stanford Research Institute, SRI). В сентябре 1969 года состоялась передача первого компьютерного сообщения между этими центрами, что фактически ознаменовало рождение сети ARPANet.

К декабрю 1969 г. ARPANet насчитывала 4 узла, в июле 1970 г. – восемь, а в сентябре 1971 г. уже 15 узлов. В 1971 году программистом Рэем Томлисоном (Ray Tomlison) разработана система электронной почты, в частности, в адресации впервые использован значок @ («коммерческая эт»). В 1974 году было открыто первое коммерческое приложение ARPANet – Telnet, обеспечивающее доступ к удаленным компьютерам в режиме терминала.

К 1977 году Сеть объединяла уже десятки научных и военных организаций, как в США, так и в Европе, а для связи использовались уже не только телефонные, но также спутниковые и радиоканалы. 1 января 1983 года было ознаменовано принятием единых Протоколов Обмена Данными – TCP/IP (Transfer Control Protocol / Internet Protocol). Выдающееся значение этих протоколов заключалось в том, что с их помощью разнородные сети получили возможность производить обмен данными друг с другом. Именно этот день фактически является днём рождения интернета, как сети, объединяющей глобальные компьютерные сети. Недаром одним из наиболее ёмких и точных определений интернета является «сеть сетей».

В 1986 году Национальным Фондом Науки США (The National Science Foundation – NSF) была запущена в эксплуатацию NSFNet, связавшая компьютерные центры по всем Соединенным Штатам с «суперкомпьютерами». NSFNet изначально базировалась на TCP/IP, то есть была открыта для включения новых сетей, но первоначально была доступна лишь для зарегистрированных пользователей, в основном, университетов. Вся военная часть выделилась в MILNet, которая отошла исключительно в ведение американских военных организаций. NSFNet являлась высокоскоростной компьютерной сетью, базирующейся на суперкомпьютерах, соединенных оптоволоконными кабелями, радио- и спутниковой связью. До 1995 года она составляла основу интернета в Соединенных Штатах – была «хребтом» (backbone) американской части глобальных компьютерных сетей (у других стран имелись собственные «хребты»). В 1996 году NSFNet была приватизирована, а научным организациям было предписано договариваться о доступе к информационным магистралям с коммерческими интернет-провайдерами. В академических кругах это решение было признано ошибочным, и практически с того же года стали вестись эксперименты по воссозданию некоммерческой сети научных и образовательных учреждений, под условным названием интернет-2.

До середины 1990 годов интернет был доступен относительно узкому академическому сообществу, а его наполнение не отличалось богатством и разнообразием. Обмен электронными письмами, общение в группах новостей по интересам с помощью текстовых сообщений, доступ к ограниченному числу серверов по Telnet и получение файлов по FTP (File Transfer Protocol – протокол передачи файлов) были уделом энтузиастов до 1991 года, когда появился Gopher, – приложение, впервые позволившее свободно перемещаться по глобальным сетям без предварительного знания адресов необходимых серверов.

Поначалу не привлекло особого внимания и объявление о разработке нового приложения – Всемирной паутины (World Wide Web – WWW), сделанного в 1991 году в Европейском центре ядерных исследований (European Center for Nuclear Research, CERN). Созданный специалистом CERN Тимом Бернерсом-Ли (Tim Berners-Lee) протокол передачи гипертекста (HyperText Transmission Protocol – HTTP) предназначался для обмена информацией среди физиков, трудившихся в удалённых друг от друга лабораториях. Однако в 1992-93 годах WWW ещё по-прежнему представлял собой черно-белый текстовой ресурс. Ситуация значительно изменилась в 1993 году, после того как в Национальном центре суперкомпьютерных приложений (National Center for Supercomputing Applications, NCSA) был создан первый графический интерфейс к World Wide Web – браузер Mosaic. Mosaic оказался настолько популярен, что один из разработчиков программы Марк Андриссен (Mark Andreessen) основал компанию Netscape, занявшуюся разработкой аналога Mosaic – браузера Netscape Navigator.

Повсеместное использование интернета широкими массами пользователей фактически началось в 1994 году с созданием нового браузера – Netscape Navigator. Его появление не только упростило доступ к информации Всемирной паутины, но, главное, позволило размещать в виртуальной Вселенной практически все виды данных. На смену текстовым черно-белым приложениям пришла многокрасочная среда, наполненная графикой, анимацией, аудио- и видеоданными. Такая среда сразу же привлекла большее число пользователей, что в свою очередь стимулировало ещё большее число организаций и частных граждан размещать в Сети свои данные. Получилась своеобразная замкнутая спираль, каждый последующий виток которой значительно превышает предшествующий.

Этот процесс продолжается и поныне, захватывая все новые и новые страны. Ещё в июле 2002 года Сеть насчитывала более 172 миллионов хостов (компьютеров, имеющих оригинальный IP-адрес), а число пользователей равнялось 689 миллионам человек, из более чем 170 стран мира, что составляло на тот момент 9% населения Земли. По данным компании Nua.com рубеж в 1 миллиард был преодолен в 2005 году.

В России, по данным фонда «Общественное мнение» (http://www.fom.ru) на весну 2012 года число пользователей интернета оценивалось в 70 миллионов  человек. Это составляет 58% населения России в возрасте от 18 лет и старше. Больше всего увеличилась доля тех, кто пользуется интернетом ежедневно, – с 30% до 38%.Из данных ВЦИОМ следует, что основным способом выхода в интернет для российских пользователей  остается стационарный компьютер – его используют для этого 78%, причем 49% – ежедневно. По данным Euromonitor International, проникновение интернета в России все ещё значительно ниже уровня западноевропейского – 49% по сравнению с 78% в среднем по Европе. Наибольшее количество пользователей (18%) сосредоточено в Москве, порядка 15% проживают в Северо-Западном регионе, 16% – в Приволжском, 17% – в Центральном (исключая Москву), 13%- - в Сибирском, 11% – в Южном, 5% – в Уральском и 4% – в Дальневосточном регионах.

Статистика пользователей интернета в мире на 31.12.2011
(
по данным Miniwatts Marketing Group)

В перспективе аудитория и число обращений к интернету будут в значительной степени расширяться за счёт увеличения возможностей мобильных компьютерных устройств: ноутбуков, карманных персональных компьютеров, планшетов, сотовых телефонов. Динамичное развитие технологий мобильного и беспроводного доступа приводит к тому, что в мире возникает всё больше мест, находясь в которых, пользователи в состоянии без труда подключаться к Сети, в том числе и обращаться к корпоративным интранет-сервисам, фактически - локальным сетям своих учреждений.

Уже сегодня есть многочисленные примеры мобильного интернета. Так вся сеть ресторанов McDonalds в Японии уже оснащена оборудованием для доступа в Сеть. В аббатстве Gardens, расположенном на юго-востоке Англии, портами для подключения к интернету оборудованы все парковые скамейки. Крупнейшие производители пассажирских самолетов – американская компания Boeing и европейский консорциум Airbus снабжают свои авиалайнеры для дальних перелетов устройствами для доступа к интернету. Немецкая авиакомпания Lufthansa уже широко предоставляет пассажирам рейсов, курсирующим по Европе, Азии и Северной Америке, доступ к интернету непосредственно в воздухе.

Известная сеть отелей Mariott заключила с компанией Intel соглашение на предоставление всем постояльцам отелей в США доступа к интернету посредством технологии Wi-Fi. Такие точки беспроводного доступа, называемые «хот-спотами» есть, кстати, во всех трёх московских отелях этой сети. Доступ осуществляется за счёт беспроводных сетевых карт в ноутбуках или КПК постояльцев. Если ноутбук гостя не оснащен такой картой, – она выдаётся за небольшую плату на время пребывания в отеле. За счёт этой беспроводной технологии гости могут подключаться к интернету абсолютно из любого места в отеле.

С технической точки зрения, интернет сегодня представляет собой миллионы находящихся в разных частях планеты компьютеров, которые связаны друг с другом волоконно-оптическими, спутниковыми или телефонными каналами. У Сети нет единого центра и единой администрации. Общую координацию его деятельности осуществляют международные организации, членами которых являются наиболее авторитетные эксперты из разных стран. Так, например, Internet Research Task Force занимается проблемами развития семейства протоколов TCP/IP, Internet Engineering Task Force – проблемами новых стандартов и протоколов, Internet Corporation for Assigned Names and Numbers – распределением адресного пространства в глобальном масштабе. Ключевые вопросы, представляющие всеобщий интерес для пользователей интернет, вначале обсуждаются высококвалифицированными экспертами, а затем, в случае одобрения, принимаются сообща руководством наиболее авторитетных сетей. Остальные вправе присоединиться к новшествам или проигнорировать их, оказавшись, таким образом, в изоляции. Однако здравый смысл всегда берет верх, тем более, что нововведения приносят всем субъектам интернета ощутимую пользу и никогда не идут во вред системе в целом.

В основе передачи данных в глобальных сетях лежит технология коммутации пакетов. Каждый передаваемый файл разбивается на небольшие порции, которые помещаются в пакет, содержащий адреса как отправляющего, так и принимающего компьютера. Пакеты путешествуют по сети самостоятельно, что фактически исключает возможность их безвозвратной утраты (при потере одного пакета он может быть легко переслан повторно). Поскольку каждый пакетик пересылается независимо от других и вперемешку с тысячами подобных, по одному телефонному кабелю одновременно могут работать большое число пользователей, совершенно не замечая этого. Это, помимо прочего, обеспечивает и относительную дешевизну передачи данных по интернету. Например, стоимость посылки электронного письма ничтожна по сравнению со стоимостью пересылки по факсу сообщения равного объёма.

Глобальные компьютерные сети изначально разрабатывались таким образом, чтобы выход из строя их отдельных участков не приводил к полной остановке всей системы. По этой причине изначально была выбрана идеология, согласно которой все узлы Сети имели равные права относительно друг друга. Отсутствие «главных» компьютеров делает всю систему устойчивой, так как вывод из строя подобных центров мог бы привести к разрушению всей сети. Устойчивость работы достигается за счёт системы маршрутизации, которая лежит в основе управления потоками данных в глобальных сетях. Эта система в автоматизированном режиме регулирует пересылку потоков пакетов с компьютера на компьютер по указанным адресам. Её основными элементами являются маршрутизаторы, которые, располагаясь на узлах Сети, содержат постоянно актуализируемую информацию о текущем состоянии компьютеров, сетевого окружения и каналов связи. Опираясь на таблицы маршрутизации, потоки данных направляются к цели оптимальными на данный момент путями в обход временно поврежденных участков. Именно эта технология обеспечивает высокую устойчивость глобальной сети, в которой отдельные узлы и линии связи могут выйти из строя, но вся сеть при этом не теряет своей работоспособности, автоматически осуществляя доставку данных в обход поврежденных участков.

Каждая входящая в интернет сеть самостоятельно заботится о решении своих технологических, организационных и финансовых проблем. В их собственности или аренде находится всё необходимое для передачи данных: каналы связи, мощные сервера и маршрутизаторы, осуществляющие регулирование информационных потоков. Бюджет сетей формируется за счет платы, взимаемой с конечных пользователей, которыми являются как целые организации, так и отдельные граждане. Конечный пользователь, оформивший контракт с определённым поставщиком доступа в интернет (Internet Service Provider – ISP) в каждом случае соединяется только с местной сетью, предоставляемой провайдером. Всё остальное – дело аппаратного и программного обеспечения, обеспечивающего беспрепятственное путешествие по виртуальному миру: для клиента любые переходы от сети к сети становятся абсолютно прозрачными. Финансовые взаиморасчеты между самими сетями практически полностью повторяют отношения между почтовыми ведомствами разных стран: получая плату с одного клиента в одной стране, почтовые службы производят взаимные расчеты, исходя из объемов переданной друг другу корреспонденции.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18007. Банковское дело. Опорный конспект лекций 691.5 KB
  Тишина В. Н. Банковское дело Опорный конспект лекций Оглавление [1] Введение [2] Лекция 1.Роль банков в накоплении и мобилизации ссудного капитала. Структура кредитной системы [3] Лекция 2. Коммерческий банк принципы деятель
18008. БАНКОВСКОЕ ДЕЛО. Учебное пособие 707 KB
  Учебное пособие Елфимова Ирина Федоровна БАНКОВСКОЕ дело Введение Коммерческие банки – это социальноэкономическая отрасль которая наиболее гибко реагирует на любые изменения как в экономической так и политической жизни общества и выполняет следующие со...
18009. КРЕДИТОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ. Учебное пособие 546 KB
  И.Ф. Елфимова Кредитование предприятий ВВЕДЕНИЕ Кредит во многом является условием и предпосылкой развития современной экономики неотъемлемым элементом экономического роста. Его используют как крупные предприятия и объединения так и малые производственные...
18010. БЕЗОПАСНОСТЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА: ОРГАНИЗАЦИОННО-ПРАВОВЫЕ И КРИМИНАЛИСТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ 2.11 MB
  В.А. Гамза И. Б. Ткачук БЕЗОПАСНОСТЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА: ОРГАНИЗАЦИОННО-ПРАВОВЫЕ И КРИМИНАЛИСТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ВВЕДЕНИЕ Возникновение в современной России коммерческих банков стало объективной необходимостью связанной с переходом отечественной экономики от
18011. Биржевая деятельность 714 KB
  1. ВВОДНАЯ ЛЕКЦИЯ 1.1. Понятие биржи. История возникновения. Мировые биржевые центры 1.2. Виды бирж. Биржевые товары 1.3. Характеристика биржевых сделок 1.1. Понятие биржи. История возникновения. Мировые биржевые центры Понятие биржи Товарные биржи представляющие
18012. Биржевая деятельность. Учебник 1.95 MB
  Биржевая деятельность ПОД РЕДАКЦИЕЙ ПРОФЕССОРА А.Г. ГРЯЗНОВОЙ ПРОФЕССОРА Р.В.КОРНЕЕВОЙ ПРОФЕССОРА В.А.ГАЛАНОВА Изложены основы биржевой деятельности. Обобщена практика yпpaвлeния биpжaми. Пoкaзaнa cпeцификa paбoты тoвapныx фoндoвыx и вaлютныx биpж. Paccмoтpeны виды биpжeвыx cдeлo
18013. Психология бизнеса. БИЗНЕС. Пособие для Гениев 1.65 MB
  Психология бизнеса БИЗНЕС. Пособие для Гениев. Юрий Мороз. Не было еще гения без некоторой доли безумия. Сенека. От автора Как это видимо обычно и бывает я пишу введение после того как книга закончена. Что же важного я хочу сообщить читателю Первое...
18014. Бизнес-статистика и прогнозирование 2.23 MB
  В.Г. Минашкин Н.А. Садовникова Р.А. Шмойлова Бизнесстатистика и прогнозирование СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛ I. БИЗНЕССТАТИСТИКА..6 Глава 1. Предмет и метод статистики.6 Статистика как наука и отрасль практической д...
18015. Бренд. Боевая машина бизнеса 930 KB
  Глядя на засилье логотипов в окружающем нас пространстве — на стойке бара, на форменной одежде официантки, на посуде, столах и зонтиках, обозревая весь этот марочный мир, один из нас сделал зачин