Компьютерные сети

ТЕМА 1. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

И ПРИНЦИПЫ ИХ ОРГАНИЗАЦИИ

При физическом соединении двух и более компьютеров образуются компьютерные сети.

Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:

· обеспечением совместной работы компьютеров и других устройств коллективного пользования (принтера, сканера и т.п.);

· обеспечением доступа и совместного использования аппаратных, программных и информационных ресурсов сети (дискового пространства, коллективных баз данных и др.).

Архитектурный принцип построения таких сетей (за исключением одноранговых сетей, в которых компьютеры равноправны) называется "клиент – сервер".

Сервер – компьютер сети, предоставляющий свои программные и аппаратные ресурсы пользователям сети для хранения данных, выполнения программ и других услуг (например, доступ к общей базе данных, совместное использование устройств ввода/вывода, организацию  взаимодействия пользователей и др.).

Клиент, – компонент архитектуры "клиент – сервер", пользующийся услугами сервера. Часто в качестве клиента выступают программы, имеющие доступ к информационным ресурсам или устройствам сервера. Для подключения к серверу пользователь рабочей станции должен получить собственное регистрационное имя и пароль.

Рекомендуемые материалы

Термины "клиент" и "сервер" используются для обозначения как программных, так и аппаратных средств.

К преимуществам сетей с архитектурой "клиент – сервер" относятся централизованное управление ресурсами сети, безопасность и скорость доступа. Мероприятия по реализации этих свойств называются администрированием сети.

По территориально-организационным признакам компьютерные сети принято разделять на локальные – LAN (Local Area Network) и глобальные – WAN (Wide Area Network).

Локальные сети охватывают предприятия, группу учреждений или район и используют единый высокоскоростной канал передачи данных.

Глобальные сети распространяют свое действие по всему миру и используют все каналы связи, включая спутниковые.

В крупных коммерческих и образовательных организациях для ведения работ активно используются локальные сети, построенные на основе единых стандартов, принятых в глобальных сетях. В зависимости от решаемых задач и мероприятий, обеспечивающих безопасность работы и доступ к сети, их разделяют на внутренние (Intranet) и внешние (Extranet) корпоративные сети.

Локальные сети позволяют совместно использовать дорогостоящее оборудование, выполнять распределенную обработку данных на нескольких компьютерах, организовать коллективный доступ к жесткому диску большого объема, выполнять группе пользователей совместные проекты, устанавливать обучающие программы и др.

Сети характеризуются структурой (топологией). Под структурой локальной сети понимают определенный способ соединения ЭВМ линиями связи, то есть конфигурацию сети.

Типовыми структурами являются:

шинная – характеризуется общедоступной линией связи, в качестве которой обычно используется витая пара, коаксиальный или оптиковолоконный кабель;

кольцевая – в ней ЭВМ последовательно соединены однонаправленной замкнутой линией связи, в которой сигналы передаются по кольцу;

звездная – предполагает наличие центрального компьютера, с которым связываются все остальные;

древовидная – она выглядит в виде ели, которая расширяется книзу.

Существуют структуры, образованные комбинацией перечисленных.

Каждый компьютер в составе локальной сети должен иметь следующие компоненты: сетевой адаптер (сетевую карту) и сетевую операционную систему. Функцией сетевого адаптера является передача и прием сигналов, циркулирующих по кабелям связи.

В настоящее время наибольшее распространение получил кабель на неэкранированной витой паре (UTP). Скорость передачи по такому кабелю может составлять от 10 до 155 Мбит/с.

Кабель на экранированных витых парах (STP) позволяет передавать сигналы со скоростью 16 Мбит/с на расстояние до 90 м. По сравнению с UTP эти кабели дороже, но обеспечивают лучшую помехозащищенность.

Коаксиальный кабель хорошо защищен от мешающего электромагнитного излучения, позволяет передавать информацию на расстояние до 2000 м со скоростью 2 – 44 Мбит/с.

Волоконно-оптические кабели передают данные без повторителей до 10 км со скоростью до 10 Гбит/с. Они требуют преобразования электрического сигнала в световой и наоборот.

Таким образом, создание ЛВС требует определенных материальных затрат (адаптеры, кабель, сетевая операционная система, монтажные работы, настройка и т.п.). Однако стоимость этих затрат оказывается меньше по сравнению с экономией, которая образуется за счет совместного использования лазерных принтеров, дорогих винчестеров, а также за счет появления новых возможностей быстрой и надежной передачи информации на значительные расстояния.

Компьютерная сеть Интернет – это глобальная сеть, которая включает сети различных уровней, коммутационное оборудование, компьютеры и терминалы (для ввода и отображения данных).

Подключение удаленных пользователей к Интернет выполняется через модемы – устройства, преобразующие цифровые сигналы компьютеров в аналоговые, передаваемые по каналам связи, и наоборот.

Используются три основных способа подключения:

доступ по коммутируемой (временно созданной) телефонной лини;

доступ по выделенному (постоянному) каналу;

комбинированный (прием – по выделенному каналу, а передача – по коммутируемому)

Первый способ соединения по обычным телефонным линиям значительно дешевле, но менее удобен, скорость обмена данными невысока (до 56 Кбит/с), низкое качество связи (частые прерывания связи, отсутствие свободных телефонных линий для соединения с провайдером и т.п.).

Коммутируемое соединение может быть установлено и с помощью сотового телефона по WAP-протоколу (Wireless Application Protocol). Но в этом случае существует ограничение на вид просматриваемых страниц (преимущественно текстовых). Служба GPRS (General Packet Radio Service), позволяет подключить компьютер к Интернет через мобильный беспроводной телефон. В этом случае пользователь имеет доступ ко всем страницам сети.

Конкурентом технологии GPRS являются беспроводные сети Wi-Fi (Wireless Fidelity). Они дают возможность пользователям с помощью ноутбуков выходить в Интернет в определенных местах, например, кафе, учебных центрах и др. Скорость передачи достигает 11 Мбит/с. Сходными возможностями обладают технологии Wi-Max и Bluetooth. Новые стандарты обеспечивают скорости до 320 Мбит/с.

Работа по выделенному каналу более эффективная (связь надежнее, скорость выше), но и пока более дорогая. Для создания выделенных каналов используются коаксиальные и оптические кабели, радиорелейные линии, спутниковые системы связи.

Более сложные комбинированные способы используют высокоскоростной (400 Кбит/с) спутниковый канал для приема информации пользователем из Интернет, а в обратном направлении - телефонные линии. Такое подключение удобно для скачивания файлов, работе с WWW, когда пользователь в основном получает информацию из сети, а передает ее в небольшом объеме. Когда же нужны симметричные потоки данных, например, для IP-телефонии, такие способы подключения не подходят.

При создании компьютерных сетей важным является обеспечение совместимости по электрическим и механическим характеристикам, совместимости информационного обеспечения (программ и данных), по системе кодирования и формату данных. Это достигается использованием единой системы протоколов.

Протокол – это правила (соглашения, стандарты) передачи информации в сети.

Решение этих проблем основано на так называемой модели взаимодействия открытых систем OSI (Model of Open System Interconnections). Стандарты этой модели разработаны Международным институтом стандартов (International Standards Organization) – ISO.

Согласно модели ISO/OSI архитектуру сети следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней – до семи).

Самый верхний уровень – прикладной, где прикладные программы взаимодействует с вычислительной системой клиента. Самый нижний – физический, он обеспечивает доступ к среде передачи данных между устройствами. Обмен данными в сети происходит в результате их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировка и, наконец, обратное преобразование на компьютере клиента в результате перемещения данных с нижнего уровня на верхний.

Специальные стандарты – протоколы, обеспечивают необходимую совместимость на каждом уровне. Протоколы могут быть реализованы аппаратно-программными средствами, поэтому программы, поддерживающие протокол, также называют протоколами.

В Интернет все данные пересылаются в виде пакетов. Пакет – это специальная последовательность бит, несущих собственно данные, а также служебную информацию об адресах получателя и отправителя информации, номере пакета, коды для проверки его целостности и другие. Общая длина пакета составляет от 100 до 2000 байт.

Каждый пакет может продвигаться по сети своим маршрутом, что делает сеть не зависимой от аварии или блокировки отдельного узла. Перенаправлением пакетов в зависимости от нагрузки сети занимаются маршрутизаторы. А временное хранение пакетов в местах пересылки позволяет выполнить проверку их целостности и перезапросить поврежденные пакеты.

Основу сети Интернет составляет группа протоколов TCP/IP.

Протокол TCP (Transmission Control Protocol) – транспортного уровня, он управляет тем, как происходит передача информации (данные "нарезаются" на пакеты и маркируются).

IP (Internet Protocol) – протокол сетевого уровня, добавляет к пакету IP-адреса получателя и отравителя и отвечает на вопрос, как проложить маршрут для доставки информации.

Каждый компьютер, включенный в сеть, имеет свой уникальный IP-адрес. Этот адрес выражается четырьмя байтами, например: 234.049.123.101, и регистрируется в Информационном центре сети – InterNIC или в Network Solutions Inc (NSI).

Организация IP-адреса такова, что каждый компьютер, через который проходит TCP-пакет, может определить, кому из ближайших "соседей" его нужно переслать.

Для удобства пользователей в Интернет введена доменная адресация. Домены – группы компьютеров, имеющие единое управление и образующие иерархическую структуру. Доменное имя отражает иерархию доменов и  состоит из сегментов, разделенных точкой. Например, interweb.spb.ru – адрес электронной справочной системы в Санкт-Петербурге. Самый последний (справа) называется именем домена верхнего уровня. Среди них различают географические и тематические.

Географические адреса, чаще двухбуквенные, определяют принадлежность владельца имени к сети определенной страны. Например, ru – Россия, de – Германия, us – Соединенные Штаты, eu - Евросоюз и др.

Тематические адреса, обычно трех- и четырехбуквенные, позволяют определить сферу деятельности их владельцев. Например, edu – образовательные учреждения, com – коммерческие организации, store – Интернет-магазины  и др.

Последние 10 лет регистрацией доменов верхнего уровня занимается Internet Corporation for Assigned Names and Numbers.

Для установления соединения между компьютерами в сети нужно знать адрес домена, включающего этот компьютер.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ

Domain (домен) – группа компьютеров, находящихся под единым управлением и имеющих общий сегмент в Internet-адресе.

Domain name (доменное имя) – идентификатор организации или маршрутный адрес в Internet.

Domain name server (DNS – сервер доменных имен) – сервер, на котором хранится и функционирует база данных зарегистрированных доменных имен и соответствующих числовых адресов.

Extranet (внешняя корпоративная сеть) – корпоративная сеть с расширениями, позволяющими определенным клиентам или поставщикам получать доступ к внутренней информации коммерческой организации.

Firewall (брандмауэр) – средство, предотвращающее несанкционированный доступ к внутренним данным организации либо утечку информации за пределы организации.

Gateway (шлюз) – обеспечивает связь между разнотипными системами в сети.

Hub (концентратор) – устройство, действующее на физическом уровне эталонной модели OSI и соединяющее несколько компьютеров в одной точке сети.

Internet – совокупность сетей, связанных друг с другом телекоммуникационной инфраструктурой.

Internet service provider (ISP – поставщик услуг Internet) – организация, обеспечивающая связь пользователя с Internet за определенную плату.

Intranet (внутренняя корпоративная сеть) – частная сеть, организованная по той же технологи, что и Internet, но с ограничениями, распространяющимися на конкретную организацию, ее сотрудников и избранных клиентов.

IP Address (адрес IP) – 32-битовый адрес протокола Internet, присвоенный узлу. Адрес IP содержит два компонента: номер узла и номер сети.

ISDN (Integrated Services Digital Network) – цифровая сеть, предназначенная для высокоскоростной одновременной передачи голоса, данных и визуальной информации.

Modem (модем) – устройство, преобразующее цифровые сигналы в аналоговые для передачи по телефонной линии, а также выполняющее обратное преобразование входящих аналоговых сигналов в цифровые для обработки в компьютере.

Packet (пакет) – короткое сообщение (обычно длиной от 100 до 1000 байт), посылаемое по сети.

Protocol (протокол) – набор правил, определяющих порядок обработки данных, передаваемых по сети.

Router (маршрутизатор) – сетевое оборудование, устанавливает связь между разными сетями, выбирает канал по адресу, указанному в заголовке пришедшего пакета.

Server (сервер) – компьютер с установленной на нем серверной операционной системой, предоставляющий свои программные и аппаратные ресурсы пользователям сети.

TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol – протокол управления передачей/ межсетевой протокол) – ряд протоколов, в основном обеспечивающих функционирование Internet.

ЗАДАНИЕ  1

Работа в локальной сети

Внимание! В компьютерных классах ФЭМ для работы в локальной сети установлен полный доступ для папки Temp диска С:.

Для хранения вспомогательных документов следует использовать диск U: – сетевой ресурс, предоставляемый сервером данной рабочей станции.

1. С помощью "Проводника" просмотреть состав локальной сети компьютерных классов. Определить, сколько и какого типа элементов входят в сеть (сколько серверов и групп рабочих станций – доменов).

2. Убедиться, что Ваш компьютер "виден" в сети. Определить, какие ресурсы Вашей рабочей станции доступны для работы.

3. Подготовить текстовый документ для передачи его по сети.

3.1. На диске U: создать папку с Вашим именем для долговременного хранения рабочих документов.

3.2. В этой папке создать документ с Вашими данными, например:

Рабочая станция (номер Вашего компьютера).

Иванов Петр Сергеевич

студент СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

группа ...

Дать документу имя Vizit_№.txt, где № – номер Вашей рабочей станции. Для создания документа использовать редактор Блокнот.

4. Для работы в сети подготовить в папке Temp структуру папок для обмена входящими и исходящими документами. папку Создать в папке Temp две папки Input и Output для входящих и исходящих документов.

5. Выполнить "сбор" документов по сети.

5.1. Поместить (скопировать) в папку Output свою визитку.

5.2. "Собрать" в свою папку Input (для входящих документов) визитки со всех компьютеров, включенных в сеть (не менее 3-х).

6. Выполнить "рассылку" документов.

6.1. Создать документ, содержащий дополнительные сведения к Вашей визитке, например:

Дорогие коллеги, сообщаю Вам номер моего домашнего телефона:     315-78-26.

С наилучшими пожеланиями, Петр Сергеевич Иванов

Рабочая станция (номер Вашего компьютера).

Сохранить документ на диске U: в Вашей папке под именем Tel_№.txt, где № – номер Вашей рабочей станции.

6.2. "Разослать" документ Tel_№.txt своим коллегам, помещая его в папку Input компьютеров, включенных в локальную сеть.

6.3. Просмотреть содержимое своей папки Input вашего компьютера. Убедиться в том, что в папке содержаться по паре документов от каждого компьютера в сети.

6.4. Подготовить иллюстрацию к отчету, показывающую древовидную структуру сети и содержимое папки Input вашей рабочей станции. Сохранить графический файл в своей папке на диске U:

. Примечание.

Для создания иллюстрации воспользоваться приемом копирования изображения активного окна в буфер нажатием сочетания клавиш Alt+Print Screen. В активном окне представить Проводник, в левой части которого отображается древовидная структура сети, а в правой – содержимое папки Input Вашей рабочей станции. В графическом редакторе Paint отредактировать картинку и сохранить файл на диске U:

7. Создать отчет о проделанной работе – документ Report_№.doc, сохранить его на диске U: в вашей папке.

Отчет должен содержать:

  заголовок с указанием имени автора,

  описание сети и иллюстрацию состояния сети,

  полученные по сети данные из документов Вашей папки Input, сведенные в таблицу по образцу:

Замечание

Редактирование выполнять в многооконном режиме методом копирования. Имена файлов не писать вручную, а копировать из окна проводника в режиме "переименования" файла.

8. Создать гиперссылки на документы, расположенные на других рабочих станциях локальной сети.

"32. Нормативно-справочная база проектирования" - тут тоже много полезного для Вас.

8.1. В разделе "Примечания" таблицы ввести комментарий "Сосед справа" (слева).

8.2. Закрепить за данным текстом гиперссылку на документ Vizit_№.txt, расположенный в папке Output рабочей станции соседа.

8.3. Проверить работу гиперссылки – выполнить по ней переход.

8.4. Создать еще одну гиперссылку на документ соседа слева.

9. Предъявить результаты работы преподавателю – переслать отчет по сети на указанный преподавателем компьютер.