Виды компьютерных сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Локальные и глобальные сети

компьютерный сеть электронный почта

Основные понятия. При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. В общем случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и специальное программное обеспечение (сетевые программные средства). Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данными называется прямым соединением.

Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI.

Согласно модели ISO/OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней - до семи). Самый верхний уровень - прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Caмый нижний уровень - физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.

Так, например, если два компьютера соединены между собой прямым соединением, то на низшем (физическом) уровне протокол их взаимодействия определяют конкретные устройства физического порта (параллельного или последовательного) и механические компоненты (разъемы, кабель и т.п.). На более высоком уровне взаимодействие между компьютерами определяют программные средства, управляющие передачей данных через порты. Для стандартных портов они находятся в базовой системе ввода/вывода (BIOS). На самом высоком уровне протокол взаимодействия обеспечивает операционная система.

В соответствии с используемыми протоколами компьютерные сети принято разделять на локальные (LAN - Local Area Network) и глобальные (WAN - Wide Area Network). Компьютеры локальной сети преимущественно используют единый комплект протоколов для всех участников. По территориальному признаку локальные сети отличаются компактностью. Они могут объединять компьютеры одного помещения, этажа, здания, группы компактно расположенных сооружений. Глобальные сети имеют, как правило, увеличенные географические размеры. Они могут объединять как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети, в том числе и использующие различные протоколы.

Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:

обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;

обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.

Так, например, все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати (сетевой принтер) или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера (файлового сервера). Это же относится и к программному, и к информационному обеспечению. Если в сети имеется специальный компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети он называется файловым сервером. Компьютерные сети, в которых нет выделенного сервера, а все локальные компьютеры могут общаться друг с другом на «равных правах» (обычно это небольшие сети), называются одноранговыми.

Организация работы Локальной сети. Группы сотрудников, работающих над одним проектом в рамках локальной сети называются рабочими группами. В рамках одной локальной сети могут работать несколько рабочих групп. У участников рабочих групп могут быть разные права для доступа к общим ресурсам сети. Совокупность приемов разделения и ограничения прав участников компьютерной сети называется политикой сети. Управление сетевыми политиками (их может быть несколько в одной сети) называет администрированием сети. Лицо, управляющее организацией работы участников локальной компьютерной сети, называется системным администратором.

Создание локальных сетей характерно для отдельных предприятий или отдельных подразделений предприятий. Если предприятие (или отрасль) занимает обширную территорию, то отдельные локальные сети могут объединяться в глобальные сети. В этом случае локальные сети связывают между собой с помощью любых традиционных каналов связи (кабельных, спутниковых, радиорелейных и т. п.). При соблюдении специальных условий для этой цели могут бы использованы даже телефонные каналы, хотя они в наименьшей степени удовлетворяют требованиям цифровой связи.

Для связи между собой нескольких локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства, называемые шлюзами. Шлюзы могут бы: как аппаратными, так и программными. Например, это может быть специальный компьютер (шлюзовый сервер), а может быть и компьютерная программа. В последнем случае компьютер может выполнять не только функцию шлюза, но и какие-то иные функции, типичные для рабочих станций.

При подключении локальной сети предприятия к глобальной сети важную роль играет понятие сетевой безопасности. В частности, 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 так называемые брандмауэры. Брандмауэром может быть специальный компьютер или компьютерная программа, препятствующая несанкционированному перемещению данных между сетями.

Модель передачи данных

Рассмотрим простой пример взаимодействия двух корреспондентов с помощью обычной почты. Если они регулярно отправляют друг другу письма и, соответственно, получают их, то они могут полагать, что между ними существует соединение на пользовательском (прикладном уровне). Однако это не совсем так. Такое соединение можно назвать виртуальным. Оно было бы физическим, если бы каждый из корреспондентов лично относил другому письмо и вручал в собственные руки. В реальной жизни он бросает его в почтовый ящик и ждет ответа.

Сбором писем из общественных почтовых ящиков и доставкой корреспонденции в личные почтовые ящики занимаются местные почтовые службы. Это другой уровень модели связи, лежащий ниже. Для того чтобы наше письмо достигло адресата в другом городе, должна существовать связь между нашей местной почтовой службой и его местной почтовой службой. Это еще один пример виртуальной связи, поскольку никакой физической связью эти службы не обладают - поступившую почтовую корреспонденцию они только сортируют и передают на уровень федеральной почтовой службы.

Федеральная почтовая служба в своей работе опирается на службы очередного уровня, например на почтово-багажную службу железнодорожного ведомства. И только рассмотрев работу этой службы, мы найдем, наконец, признаки физического соединения, например железнодорожный путь, связывающий два города.

Это очень простой пример, поскольку в реальности даже доставка обычного письма может затронуть гораздо большее количество служб. Но нам важно обратить внимание на то, что в нашем примере образовалось несколько виртуальных соединений между аналогичными службами, находящимися в пунктах отправки и приема. Не вступая в прямой контакт, эти службы взаимодействуют между собой. На каком-то уровне письма укладываются в мешки, мешки пломбируют, к ним прикладывают сопроводительные документы, которые где-то в другом городе изучаются и проверяются на аналогичном уровне.

Выше мы упомянули о том, что согласно рекомендациям Международного института стандартизации ISO системы компьютерной связи рекомендуется рассматривать на семи разных уровнях. Ниже в таблице дано объяснение этим уровням в форме аналогии с почтовой службой.

Из таблицы видно, что каждый новый уровень все больше и больше увеличивает функциональность системы связи. Местная почтовая служба работает не только с письмами, но и с бандеролями и посылками. Почтово-багажная служба занимается еще и доставкой грузов. Вагоны перевозят не только почту, но и людей. По рельсам ходят не только почтово-пассажирские поезда, но и грузовые составы и т. д. То есть чем выше уровень в модели связи, тем больше различных функциональных служб его используют.

Возвращаясь к системам компьютерной связи, рассмотрим, как в модели ISO/OSI происходит обмен данными между пользователями, находящимися на разных континентах.

На прикладном уровне с помощью специальных приложений пользователь создает документ (сообщение, рисунок и т.п.).

На уровне представления операционная система его компьютера фиксирует, где находятся созданные данные (в оперативной памяти, в файле на жестком диске и т.п.), и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем.

На сеансовом уровне компьютер пользователя взаимодействует с локальной или глобальной сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя на «выход в эфир» и передают документ к протоколам транспортного уровня.

На транспортном уровне документ преобразуется в ту форму, в которой положено передавать данные в используемой сети. Например, он может нарезаться на небольшие пакеты стандартного размера.

Сетевой уровень определяет маршрут движения данных в сети. Так, например если на транспортном уровне данные были «нарезаны» на пакеты, то на сетевом уровне каждый пакет должен получить адрес, по которому он должен быть доставлен независимо от прочих пакетов.

Уровень соединения необходим для того, чтобы промодулировать сигналы, циркулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученным с сетевого уровня. Например в компьютере эти функции выполняет сетевая карта или модем.

Реальная передача данных происходит на физическом уровне. Здесь нет ни документов, ни пакетов, ни даже байтов - только биты, то есть, элементарные единицы представления данных. Восстановление документа из них произойдет постепенно, при переходе с нижнего на верхний уровень на компьютер клиента.

Средства физического уровня лежат за пределами компьютера. В локальных сетях это оборудование самой сети. При удаленной связи с использованием телефонных модемов это линии телефонной связи, коммутационное оборудование телефонных станций и т. п.

На компьютере получателя информации происходит обратный процесс преобразования данных от битовых сигналов до документа.

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, «обрастают» дополнительными данными, которые анализируются протоколами соответствующих уровней на сопредельной стороне. Это и создает эффект виртуального взаимодействия уровней между собой. Однако, несмотря на виртуальность, это все-таки соединения, через которые тоже проходят данные.

Это очень важный момент с точки зрения компьютерной безопасности. Одновременно с теми запросами на поставку данных, которые клиент направляет серверу, передается масса служебной информации, которая может быть как желательной, так и нежелательной. Например, обязательно передаются данные о текущем адресе клиента, о дате и времени запроса, о версии его операционной системы, о его правах доступа к запрашиваемым данным и прочее. Передается и немало косвенной информации, например о том, по какому адресу он посылал предыдущий запрос. Известны случаи, когда даже передавались идентификационные коды процессоров компьютеров.

На использовании виртуальных соединений основаны такие позитивные свойства электронных систем связи, как возможность работать по одному физическому каналу сразу с несколькими серверами. Но на них же основаны и такие негативные средства, как «троянские программы». Троянская программа - разновидность «компьютерного вируса», создающая во время сеансов связи виртуальные соединения для передачи данных о компьютере, на котором установлена. Среди этих данных может быть парольная информация, информация о содержании жесткого диска и т. п. В отличие от обычных компьютерных вирусов троянские программы не производят разрушительных действий на компьютере и потому лучше маскируются.

На виртуальных соединениях основаны все службы современного Интернета. Так, например, пересылка сообщения от сервера к клиенту может проходить через десятки различных компьютеров. Это совсем не означает, что на каждом компьютере сообщение должно пройти через все уровни - ему достаточно «подняться» до сетевого уровня, (определяющего адресацию) при приеме и вновь «опуститься» до физического уровня при передаче. В данном случае служба передачи сообщений основывается на виртуальном соединении сетевого уровня и соответствующих ему протоколах.

Локальные вычислительные сети

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет собой систему распределенной обработки данных, охватывающую небольшую территорию (диаметром до 10 км) внутри учреждений, НИИ, вузов, банков, офисов и т. д. Это система взаимосвязанных и распределенных на фиксированной территории средств передачи и обработки информации, ориентированных на коллективное использование общесетевых ресурсов - аппаратных, информационных, программных. ЛВС можно рассматривать как коммуникационную систему, которая поддерживает в пределах одного здания или некоторой ограниченной территории один или несколько высокоскоростных каналов передачи информации, предоставляемых подключенным абонентским системам.

В обобщенной структуре ЛВС выделяются совокупность абонентских узлов или систем (их число может быть от десятков до сотен), серверов и коммуникационная подсеть.

Основными компонентами сети являются передающие среды (кабели), рабочие станции, платы интерфейса сети (сетевые адаптеры), серверы сети.

Рабочими станциями (РС) в ЛВС служат, как правило, персональные компьютеры. На PC пользователями сети реализуются прикладные задачи. Иногда вместо PC называют "клиент" - это любой компьютер, который через локальную сеть обращается к ресурсам, хранящимся на сервере.

Серверы сети - это аппаратно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа, но могут работать и как обычная абонентская система. Сервер - это любой компьютер, подключенный к локальной сети, на котором находятся ресурсы, используемые другими устройствами локальной сети. В качестве аппаратной части сервера используется достаточно мощные компьютеры. В ЛВС может быть несколько различных серверов для управления сетевыми ресурсами, однако всегда имеется один или несколько файл-серверов (сервер баз данных) для управления внешними данными общего доступа.

Слово "сервер" часто используется для обобщенного описания всех многопользовательских компьютеров. Однако следует отметить, что серверы могут выполнять совершенно различные задачи. Они обычно специализируются по своим функциям и описываются дополнительным образом, например, файл-сервер, сервер печати или сервер приложений.

Через локальную сеть можно также обращаться к множеству других устройств, таких как принтеры, накопители CD-ROM.

Основные понятия и службы Интернет

Интернет это глобальная компьютерная сеть, объединяющая большое количество локальных сетей. Каждая локальная сеть называется узлом или сайтом, а юридическое лицо, обеспечивающее работу сайта - провайдером. Сайт состоит из нескольких компьютеров - серверов, каждый из которых предназначен для хранения информации в определенном формате. Для подключения к Интернет пользователь должен заключить контракт на обслуживание с одним из провайдеров в своем регионе.

Компьютер, подключенный к Интернет и используемый для связи с другими компьютерами сети называется хостом. Для идентификации хоста в сети совместно используются следующие два способа адресации:

IP-адрес, аналогичный телефонному номеру. IP-адрес назначается провайдером и состоит из четырех групп цифр, разделенных точками. Каждый хост должен иметь свой уникальный IP-адрес;

доменное имя или DNS, тоже назначаемое провайдером и состоящее из простых доменов, разделенных точками, например, "win.smtp.dol.ru". Каждый домен представляет некоторое множество компьютеров, являющееся подмножеством домена, расположенного правее его.

Указание способа организации информации на конкретном хосте и идентификация размещенного на нем определенного информационного ресурса осуществляются посредством системы адресации, называемой URL, например: http://home.microsoft.com/intl/ru/www_tour.html. Здесь http:// - тип протокола, указывающий, что адрес относится к хосту, являющемуся WWW-сервером; home.microsoft.com - доменное имя хоста; /Intl/ru/ - подкаталоги хоста; www_tour.html - имя файла.

Основной протокол, по которому работает Интернет, - это протокол TCP/IP, совмещающий протоколы передачи TCP (Transmission Control Protocol) и идентификации хостов IP (Internet Protocol). 

Рассмотрим основные службы Интернет.

Электронная почта

Электронная почта (E-mail) - это одна из служб Интернет. Каждому абоненту назначается электронный адрес, аналогичный почтовому. Абоненту может пересылаться текстовая информация, а также файлы произвольного типа. Посланная абоненту информация сохраняется на специальном почтовом сервере в "почтовом ящике" абонента. Сервером может быть личный компьютер, сервер по месту работы или специализированный почтовый сервер. Например, почтовым является сервер mail.ru. Любой пользователь, имеющий доступ к Интернет, может организовать на нем свой почтовый ящик. Для этого следует обратиться по адресу http://www.mail.ru, зарегистрироваться, указав данные о себе, а также имя почтового ящика и пароль для доступа к нему. Допустим, введено имя Ivanov, тогда электронный адрес будет выглядеть так: Ivanov@mail.ru. Если такое имя уже зарегистрировано, через некоторое время Вам будет предложено изменить имя. Основное достоинство использования специализированного сервера - возможность доступа к своему почтовому ящику в любое время и из любой точки земного шара. По сравнению с обычной почтой, электронная является более оперативной и дешевой.

World Wide Web (WWW) - это всемирная информационная паутина. Посредством WWW можно просматривать видеофильмы, слушать музыку, играть в игры, обращаться к различным информационным источникам. Информация в WWW организована в виде гипертекста: в просматриваемом документе имеются гиперссылки (это могут быть слова или рисунки), щелчок по которым мышью выводит на экран документ, на который сделана ссылка. При этом этот документ может храниться совсем на другом сайте.

Служба FTP или File Transfer Protocol предназначена пересылки файлов. При этом способе пересылки файлы становятся доступными только после их копирования на свой компьютер. Несмотря на то, что пересылка файлов может быть выполнена и средствами WWW, FTP - системы остаются популярными из-за их быстродействия, простоты и наличия развитых средств защиты файлов.

Система телеконференций представляет собой совокупность документов, сгруппированных по определенным темам. Пользователь, указав интересующие его темы, может просматривать соответствующие документы и публиковать свои. Очень часто за возможность публикации требуется дополнительная оплата.

Интернет имеет и другие службы, однако, перечисленные выше являются наиболее популярными.

Эволюция сетей

Первоначально сети представляли собой нестандартизованные средства взаимодействия автономных компьютеров в нескольких же нестандартизованных вычислительных системах (в настоящее время их называют терминальными сетями. В таких средах прикладное программное обеспечение работало только под управлением единственной операционной системы. Эта операционная система, в свою очередь, могла надежно функционировать только на аппаратных платформах одного и того же производителя.

В период царствования таких цельных систем отдельных изготовителей произошло два события, изменивших ход развития компьютерных технологий. Во-первых, начали появляться первые примитивные предшественники современных персональных компьютеров (с начала 70-х гг.). Новизна этих устройств заключалась в том, что вся их вычислительная мощность сосредотачивалась непосредственно на рабочем столе. Во-вторых, ученые в исследовательском центре компании Xerox приступили к поискам средств повышения производительности отдельных коллективов. В частности, они начали новый способ совместного использования файлов и данных: рабочими станциями. Как стало известно впоследствии, основной причиной принципиально нового технологического решения оказалась обычная человеческая лень - ученым просто надоело бегать между компьютерами с дискетами.

В результате появилась на свет первая локальная сеть (Local Area Network - LAN), которая получила название "ethernet". Это была примитивная сеть, но рыночный потенциал этой технологии был очевиден и первоначальная версия ethernet, известная сейчас как Ethernet I, была вытеснена улучшенной Ethernet II. Эта версия разработана компаниями Xerox, Digital и Intel, которые совместными усилиями установили "стандарты" для Ethernet II и разработали соответствующие технологии.

Интеллектуальные пользовательские устройства в сочетании с локальными сетями породили новую парадигму - открытые распределенные вычислительные системы.

Интересна история появления первой распределенной сети, впоследствии превратившейся в сеть Internet. В разгар "холодной войны", в конце 60-х гг. по заказу министерства обороны США началась разработка сети, которая должна была связать между собой компьютеры военного ведомства, и в первую очередь компьютеры исследовательских центров, для ускорения научных исследований в интересах обороны. В январе 1969 г. была запущена система, связавшая между собой четыре компьютера в разных концах США (испытания длились 10 мин.). А через год новая информационная сеть, названная APRANet, уже приступила к работе. С каждым годом APRANet росла и развивалась. В сеть включались все новые и новые участники: право доступа в сеть начали требовать сначала все крупные лаборатории, потом - более мелкие, затем -учебные заведения... В 1973 году впервые через сеть оказались соединены компьютеры разных стран: сеть стала международной. В итоге, когда в сеть оказались соединены тысячи компьютеров, стало ясно: необходимо полностью переработать механизм доступа в APRANet. Такой механизм, названный "протоколом TCP/IP" (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), был введен в 1983 году.

Рождение протокола ТСР/IР, позволяющего пользователям с легкостью подключаться к сети при помощи обыкновенной телефонной линии, совпало с другим событием - разделением APRANet. Военные выделили часть компьютеров в новую сеть, получившую название MILNet, а остальное пространство Сети оставили на усмотрение жаждущей коммуникаций общественности. Так родился Internet. 14 апреля 1998 года история Internet вышла на второй виток: в США состоялся торжественный "запуск" новой сети, получившей название "Internet -2". Создателями новой сети стали крупнейшие учебные заведения, научные и исследовательские учреждения, крупные корпорации США. Скорость передачи информации в Internet-2 просто потрясает воображение, - она превышает более чем в 1000 раз возможности самых быстрых каналов сегодняшней сети. Понятно, что с приходом Internet-2 такие понятия, как "компьютерное телевидение", передача "живого видео" в реальном времени и даже "Internet-кинематограф" переходит из области фантастики в разряд бытовых, привычных явлений.

Размещено на Allbest.ru