Телекоммуникационные технологии. Телекоммуникационные технологии Компьютерные сети и телекоммуникационные в управлении до

Компьютерные телекоммуникации -- одна из наиболее динамично развивающихся областей информационных технологий. По сравнению с другими разделами информационных технологий ее технологическая составляющая значительно превосходит теоретическую. Поэтому эффективность изучения данной темы сильно зависит от возможности организовать практическую работу учащихся с компьютерными сетями.

В рамках данного раздела базового курса реализуется следующий перечень педагогических целей: дать представление о назначении и структуре локальных и глобальных сетей; познакомить учащихся с основными информационными услугами сетей, с возможностями Internet; обучить способам обмена файлами в локальной сети компьютерного класса; познакомить со способами поиска информации в Internet (при наличии технических возможностей).

локальные сети;

глобальные сети.

Тема компьютерных сетей обширна по числу понятий и может излагаться с разной степенью подробности. Раскрытие этой темы в школьных учебниках, как правило, носит краткий характер. Поэтому, наряду с обсуждением вопросов методики, в данный подраздел пособия включены дополнительные сведения по теме, которые будут полезны учителю.

Изучаемые вопросы:

¦ Локальная сеть (ЛС), организация и назначение.

¦ Локальные сети школьных КУВТ.

¦ Организация глобальных сетей (ГС).

¦ Информационные услуги ГС.

¦ Аппаратные средства сетей.

¦ Что такое Internet.

¦ Информационные услуги Internet и World Wide Web.

Если компьютеры в школьном кабинете информатики объединены в локальную сеть, то это обстоятельство существенно облегчает изучение данной темы. Именно школьный компьютерный класс должен стать отправной точкой в разговоре о передаче информации в компьютерных сетях. Определив компьютерную сеть как систему компьютеров, связанных каналами передачи информации, учитель демонстрирует такую систему на оборудовании компьютерного класса и сообщает, что такая сеть называется локальной.

Локальные компьютерные сети небольшие по масштабам и работают в пределах одного помещения, здания, предприятия. Возможно, что в школе действует локальная сеть, объединяющая компьютеры, установленные в разных помещениях: в учебных кабинетах, кабинете директора, бухгалтерии и др. Точно так же в локальную сеть часто объединяются различные отделы предприятий, фирм, учреждений.

Локальные сети, в зависимости от назначения и технических решений, могут иметь различные структуры объединения компьютеров. Их еще называют конфигурациями, архитектурой, топологией сети.

Бывают ситуации в ЛС, когда топология не имеет какой-то регулярной структуры. Например, компьютеры могут соединяться по принципу "каждый с каждым".

Использование локальных сетей отвечает двум основным целям:

1) обмену файлами между пользователями сети;

2) использованию общедоступных ресурсов: большого пространства дисковой памяти, принтеров, централизованной базы данных, программного обеспечения и др.

Пользователей общей локальной сети принято называть рабочей группой, а компьютеры, за которыми они работают, -- рабочими станциями. Если все компьютеры в сети равноправны, т.е. сеть состоит только из рабочих станций пользователей, то ее называют одноранговой сетью. Одноранговые сети используются для осуществления первой из отмеченных целей: для обмена файлами. У каждого компьютера в такой сети есть свое имя. Члены рабочей группы могут обращаться по этим именам к дисковой памяти ПК своих коллег и копировать файлы на свой компьютер или копировать свои файлы на другие компьютеры. Возможность такого обмена обеспечивается специальной сетевой операционной системой. Средствами сетевой ОС можно защитить информацию от постороннего доступа. Таким образом, локальная сеть избавляет от необходимости использовать дискеты для переноса информации с одного компьютера на другой.

Другой способ организации локальной сети -- сеть с выделенным (главным) компьютером. Его называют файл-сервером. Чаще всего в школьных компьютерных классах используется именно такая организация. К файл-серверу имеет доступ учитель, а ученики работают за рабочими станциями. Все рабочие станции соединены с главной машиной (схема соединения "звезда"). Поэтому непосредственный обмен информацией происходит между сервером и каждой рабочей станцией. Конечно, в такой системе ученики тоже могут обмениваться файлами, но "транзитом" через сервер. Обычно сервер -- это более мощная машина, чем рабочие станции, с большим жестким диском, с дополнительными внешними устройствами (например, CD-ROM -- дисководом, принтером, модемом). При такой организации локальной сети реализуется вторая из отмеченных выше целей: доступ пользователей к общим аппаратным и информационным ресурсам сервера. В частности, программы, хранящиеся на диске сервера, могут загружаться в оперативную память рабочей станции и запускаться на исполнение подобно тому, как это делается с собственного диска ПК. Со своего рабочего места пользователь может создавать и сохранять файлы на жестком диске сервера.

Работой сети управляет сетевая операционная система. Операционная система поддерживает стандарты (протоколы) обмена информацией в сети, устанавливает очередность при обращении различных пользователей к одним и тем же ресурсам и пр. Основное назначение сетевой ОС -- дать возможность пользователям работать в локальной сети, не мешая друг другу. Работу одноранговых сетей поддерживает операционная система Windows 95/98. Наиболее распространенные ОС для сетей с выделенным сервером: Novell NetWare, Windows NT.

Глобальные компьютерные сети объединяют между собой ЭВМ, расположенные на больших расстояниях (в масштабах региона, страны, мира). Если локальную сеть ученики могут увидеть своими глазами, то знакомство с глобальными сетями будет носить более описательный характер. Здесь, как и во многих других темах, приходит на помощь метод аналогий. Устройство глобальной сети можно сравнить с устройством системы телефонной связи -- телефонной сети. Телефоны абонентов связаны с узлами-коммутаторами. В свою очередь, все городские коммутаторы связаны между собой так, что между любыми двумя телефонами абонентов может быть установлена связь. Вся эта система образует телефонную сеть города. Городские (региональные) сети связаны между собой по междугородним линиям. Выход на телефонные сети других стран происходит по международным линиям связи. Таким образом, весь мир "опутан" телефонными сетями. Два абонента в любой части света, подключенные к этой сети, могут связаться друг с другом.

Рассказав об этом, предложите ученикам представить, что у абонентов вместо телефонных аппаратов установлены персональные компьютеры; вместо коммутаторов -- мощные компьютерные узлы, и по такой сети циркулирует самая разнообразная информация: от текстовой до видео и звука. Это и есть современная мировая система глобальных компьютерных сетей.

Первая глобальная компьютерная сеть начала действовать в 1969 г. в США, она называлась ARPANET и объединяла в себе всего 4 удаленных компьютера. Примером современной сети научно-образовательного назначения является BITNET. Она охватывает 35 стран Европы, Азии и Америки, объединяет более 800 университетов, колледжей, научных центров. Крупнейшей российской сетью является RELCOM, созданная в 1990 г. RELCOM входит в европейское объединение сетей EUNET, которая, в свою очередь, является участником гигантского мирового сообщества INTERNET. Такая иерархичность характерна для организации глобальных сетей.

Сеть состоит из узловых хост-компьютеров, ПК абонентов сети, линии связи. Обычно узел сети содержит не один, а множество компьютеров. Функции серверов различных сетевых услуг могут выполнять разные компьютеры.

Хост-компьютеры постоянно находятся во включенном состоянии, постоянно готовы к приему-передаче информации. В таком случае говорят, что они работают в режиме on-line. Компьютеры абонентов выходят на связь с сетью (в режим on-line) лишь на определенное время -- сеанс связи. Переслав и получив необходимую информацию, абонент может отключиться от сети и далее работать с полученной информацией автономно -- в режиме off-line. Маршрут передачи информации пользователю обычно неизвестен. Он может быть уверен лишь в том, что информация проходит через узел подключения и доходит до пункта назначения. Маршрутизацией передаваемых данных занимаются системные средства сети. В разных сеансах связь с одним и тем же корреспондентом может проходить по разным маршрутам.

Шлюзом называют компьютер, организующий связь данной сети с другими глобальными сетями.

Информационные услуги глобальных сетей. Электронная почта. В истории глобальных сетей электронная почта (e-mail) появилась как самая первая информационная услуга. Эта услуга остается основной и важнейшей в компьютерных телекоммуникациях. Можно сказать, что происходит процесс вытеснения традиционной бумажной почты электронной почтой. Преимущества последней очевидны: прежде всего, это высокая скорость доставки корреспонденции (минуты, редко -- часы), сравнительная дешевизна. Уже сейчас огромные объемы деловой и личной переписки идут через e-mail. Электронная почта в сочетании с факсимильной связью обеспечивают абсолютное большинство потребностей в передаче писем и документов.

Для того чтобы абонент мог воспользоваться услугами электронной почты, он должен:

* иметь аппаратное подключение своего персонального компьютера к почтовому серверу узла компьютерной сети;

* иметь на этом сервере свой почтовый ящик и пароль для обращения к нему;

* иметь личный электронный адрес;

* иметь на своем компьютере клиент-программу электронной почты (мэйлер).

Наряду с электронной почтой в глобальных сетях существуют и другие виды информационных услуг для пользователей.

Telnet. Эта услуга позволяет пользователю работать в режиме терминала удаленного компьютера, т. е. использовать установленные на нем программы так же, как программы на собственном компьютере.

FTP. Так называется сетевой протокол и программы, которые обслуживают работу с каталогами и файлами удаленной машины. Клиент FTP имеет возможность просматривать каталоги FTP-cepверов, копировать интересующие его файлы.

Archie. Так называются специальные серверы, выполняющие роль поисковых программ в системе FTP-серверов. Они помогают быстро найти нужные вам файлы.

Gopher. Система поиска и извлечения информации из сети с развитыми средствами многоуровневых меню, справочных книг, индексных ссылок и пр.

WAIS. Сетевая информационно-поисковая система, основанная на распределенных базах данных и библиотеках.

Usenet. Система телеконференций. Другое название -- группы новостей. Обслуживает подписчиков определенных тематических конференций, рассылая им материалы по электронной почте. ящики абонентов и, обнаружив там исходящую корреспонденцию, организует ее отравление. Аппаратные средства сетей. Хост-компьютеры (серверы). Хост-компьютер имеет собственный уникальный адрес в сети и выполняет роль узловой машины, обслуживающей абонентов. В качестве хост-компьютеров используются разные типы машин: от мощных ПК до мини-ЭВМ и даже мэйнфреймов (больших ЭВМ). Основные требования -- высокоскоростной процессор и большой объем дисковой памяти (сотни Гбайт). На хост-компьютерах в сети Internet используется операционная система Unix. Все сервер-программы, обслуживающие приложения, работают под управлением Unix.

Из того о чем уже говорилось выше, следует, что понятие "сервер" носит программно-аппаратный смысл. Например, хост-компьютер, на котором в данный момент работает сервер-программа электронной почты, выполняет роль почтового сервера. Если на этой же машине начинает работать сервер-программа WWW, то она становится Web-сервером. Часто функции серверов различных услуг разделены на узле сети между разными компьютерами.

Линии связи. Основные типы линий связи между компьютерами сети: телефонные линии, электрические кабели, оптоволоконный кабель и беспроводная связь. Главными параметрами линий связи являются пропускная способность (максимальная скорость передачи информации), помехоустойчивость, стоимость. По параметру стоимости самыми дорогими являются оптоволоконные линии, самыми дешевыми -- телефонные. Однако с уменьшением цены уменьшается и качество работы линии. В табл. 12.1 даны сравнительные характеристики линий по параметрам скорости и помехоустойчивости.

Таблица 1. Характеристики линий связи

Чаще всего для связи между хост-компьютерами используются выделенные телефонные линии или радиосвязь. Если узлы сети расположены сравнительно недалеко друг от друга (в пределах города), то связь между ними может быть организована по кабельным линиям -- электрическим или оптоволоконным. В последнее время в сети Internet активно используется спутниковая радиосвязь.

Обычно абоненты (клиенты) подключаются к узлу своего провайдера через телефонную линию. Все чаще для этих целей начинает применяться беспроводная связь.

С точки зрения пользователя, Интернет -- это определенное множество информационных услуг, которые он может получать от сети. В число услуг входят: электронная почта, телеконференции (списки рассылки), архивы файлов, справочники и базы данных, Всемирная паутина -- WWW и пр. Интернет -- это неограниченные информационные ресурсы. Влияние, которое окажет Интернет на развитие человеческого общества, еще до конца не осознано.

Информационные услуги Интернет. Наряду с перечисленными выше информационными услугами (электронной почтой, телеконференциями и др.), предоставляемыми пользователям глобальных сетей, существуют услуги, появление и развитие которых связано исключительно с развитием мировой сети Интернет. Наиболее заметной среди них является WWW.

WWW-- World Wide Web -- Всемирная паутина. Это гипертекстовая информационная система в Интернете. В последнее время WWW и ее программное обеспечение становится универсальным средством информационных услуг в Интернет.

Основные понятия, связанные с WWW:

Web-страница -- основная информационная единица в WWW, имеющая свой адрес;

Web-сервер -- компьютер, хранящий Web-страницы и соответствующее программное обеспечение для работы с ними;

Web-браузер -- клиент-программа, позволяющая извлекать и просматривать Web-страницы;

Web-сайт -- раздел данных на Web-сервере, принадлежащий какой-то организации или лицу. В этом разделе его владелец размещает свою информацию в виде множества взаимосвязанных Web-страниц. Обычно сайт имеет титул -- головную страницу, от которой по гиперссылкам или указателям "вперед-назад" можно двигаться по страницам сайта. Наиболее популярными Web-браузерами являются Internet Explorer и Netscape Navigator. Основная задача браузера -- обращение к Web-серверу за искомой страницей и вывод страницы на экран. Простейший способ получения нужной информации из Интернет -- указание адреса искомого ресурса. Для хранения и поиска информации в Интернет используется универсальная адресация, которая носит название URL -- Uniform Resource Locator. В помощь пользователю в Интернет действует ряд специальных поисковых программ. Еще их называют поисковыми серверами, поисковыми машинами, поисковыми системами. Поисковая система выдает пользователю список адресов документов, в которых встречаются указанные пользователем ключевые слова. Ниже приведены адреса наиболее популярных российских поисковых серверов:

http://mssia.agama.com/Aport/

http://www.rambler.ru/

http://yandex.ru/

http://www.altavista.telia.com/

Кроме WWW, среди относительно новых услуг в Интернет существуют следующие:

IRC. Internet Relay Chat -- "болтовня" в реальном времени. Позволяет вести письменный диалог удаленным собеседникам в режиме on-line;

Internet-телефония. Услуга, поддерживающая голосовое общение клиентов сети в режиме on-line.

При наличии возможности выхода в Интернет, практическая работа учащихся может быть организована по таким направлениям:

* подготовка, отправление и прием электронной почты;

* работа с Web-браузером, просмотр Web-страниц;

* обращение в FTP -- серверам, извлечение файлов;

* поиск информации в системе WWW с помощью поисковых программ.

Знакомство с каждым новым видом прикладного программного обеспечения, обслуживающим соответствующую информационную услугу (почтовая программа, Web-браузер, поисковая программа) следует проводить по стандартной методической схеме: данные, среда, режимы работы, система команд.

Каждому поколению свойственно разрабатывать новые технические средства, совершенствовать систему учета, обработки, передачи и хранения данных. Первыми телекоммуникационными средствами признан телеграф, телефон, телетайп, радиоприемник. Середина XIX столетия отмечена массовым использованием спутниковой связи, вычислительной техники, компьютерной сети. В результате это положительно отразилось на развитии новых телекоммуникационных технологий.

Современный мир невозможен без телекоммуникационных технологий, которые стирают государственные границы и расстояние между людьми, делают доступной мобильную и видеосвязь и позволяют решать множество задач в сфере управления, образования, коммерции. Каждый человек сталкивается с ними ежедневно, деля телефонные звонки, проверяя почту или покупая товары в интернет-магазинах.

Определение и понятие телекоммуникационных технологий

Общее понятие информационных и коммуникационных технологий включает в себя совокупность методов, процессов и устройств, позволяющих получать, собирать, накапливать, хранить, обрабатывать и передавать информацию, закодированную в цифровом виде или существующую в аналоговом виде.

В более узком смысле под телекоммуникационными технологиями понимается совокупность программных и аппаратных средств, позволяющих устанавливать связь без использования проводов и передавать пакеты информации, включающие также аудио и видеоинформацию.

Виды телекоммуникационных технологий

Телекоммуникационные технологии могут быть рассмотрены как сервисы, предоставляемые провайдерами различного уровня.

По этому принципу можно выделить следующие виды телекоммуникационных технологий:

• телефонная связь, современная телефонная связь позволяет легко переключаться с аналогового стандарта на цифровой, подключать к интернет городские телефоны и соединять в одну сеть аналоговые и мобильные устройства;


• радиосвязь, которая сегодня превратилась в сотовую связь, телефон, перемещаясь в пределах сети, оказывается в зоне действия различных передающих устройств;


• спутниковая связь, которая используется провайдерами для создания систем мобильной связи и для государственных систем связи;


• интернет - наиболее распространенный вид телекоммуникационных технологий, при которых подключение к сети может осуществляться как проводным, так и беспроводным способом.

Информационно-телекоммуникационные сети и интернет

Телекоммуникационные технологии, используемые в интернете, сейчас переживают этап бурного развития и роста.

Создаются новые сети различных типов, среди которых:

• локальные сети компаний или учреждений, связь между компьютерами в них осуществляется и проводным и беспроводным способом, количество пользователей этих сетей ограничено. Локальные сети могут быть корпоративными, в некоторых странах создаются и городские локальные сети;


• глобальные сети (Wide Area Network - WAN) представляют совокупность большого количества узлов-компьютеров, расположенных в разных странах мира и связанных между собой каналами оптово-волоконной связи. К этим сетям, представляющим услуги провайдеров, подключаются локальные сети.

Технические и программные средства телекоммуникационных технологий

Работоспособность интернета основана на использовании сетевых узлов и каналов связи. К узлам относятся как отдельные компьютеры, так и хостинги, предоставляющие IP-адреса и доменные имена.

Каналы связи, в общем, делятся на 4 типа:

• аналоговые телефонные сети;


• провода, по которым передается электричество;


• оптоволоконные каналы связи;


• беспроводные каналы связи, модемные или спутниковые.

К телекоммуникационным каналам связи относятся, в основном, третий и четвертый типы.

Среди коммуникаций, используемых для организации связи, можно отдельно отметить программы, обеспечивающие работу телекоммуникационного оборудования такого, как:

• IP-АТС;
• маршрутизаторы;
• компьютеры.

Отдельно следует назвать прикладные программы, упрощающие работу с обработкой массивов информации.

Программное обеспечение телекоммуникационных технологий

Для передачи данных с использованием возможностей телекоммуникационных технологий применяется специальное программное обеспечение. Это обеспечение функционирует по определенным протоколам или по механизмам, разработанным с целью упростить и стандартизировать работу всех узлов сети, выстроив ее по единому алгоритму.

Так, для передачи по компьютерным сетям разработан стандарт MIME (ssr-Multipurpose Internet Mail Extensions), переводящий данные в формат понятный почтовому серверу. Общение компьютера пользователя и сервера происходит в виде диалога в режиме Клиент-Сервер, где с каждой стороны его участником является определенная программа.

Отдельные программы используются для работы мессенджеров, которые позволяют обмениваться сообщениями, совершать телефонные звонки с передачей голосовой и видеоинформации. Здесь происходит коммуникация не только компьютер - почтовый сервер, к диалогу подключаются и телефонные станции.

Сетевые телекоммуникационные технологии

Различные сетевые телекоммуникационные технологии позволяют решать такие задачи, как:

• передачу информации в необходимых форматах;


• выстраивание коммуникаций;


• обеспечение взаимодействия различных участников сети.

Среди новых технологий особое место занимают программы, позволяющие работать в режиме нетворкинга, объединение CRM-систем с возможностями социальных сетей и многое другое.

Создание корпоративных сетей как офисных, компьютерных, так и телефонных, также попадает в область сетевых технологий, призванных обеспечить синергию за счет эффективной коммуникации пользователей.

Технологии защиты информации в телекоммуникационных сетях

Большая часть информационных массивов, принадлежащих государственным учреждениям и коммерческим предприятиям, имеет самостоятельную ценность и является добычей для потенциальных похитителей, которыми могут быть и хакеры, и внутренние пользователи.

Для защиты информации от утечек разработаны сложные программные продукты, позволяющие определить проникновение неавторизованного пользователя или вируса-похитителя информации в сеть и блокировать его.

Существуют специальные стандарты защиты информации, но даже они не всегда могут уберечь сети от взлома и хищения данных. Особенно уязвимы компьютеры и мобильные устройства частных пользователей, использующих только антивирусы.

От хищения информации с помощью закладных устройств, перехватывающих электромагнитные излучения, необходимо бороться при помощи технических средств.

Использование телекоммуникационных технологий

Телекоммуникационные технологии сегодня в основном применяются для организации систем связи.

Но сами системы связи имеют прикладное значение, при помощи этих технологий можно достичь существенно более важных целей, среди которых:

• создание систем дистанционного обучения;


• обеспечение недорогой голосовой телефонной связи;


• создание информационных систем предприятий и объединение их в комплекс, позволяющий оптимизировать управление;


• построение банковских сетей;


• проведение электронных аукционов и тендеров для обеспечения государственных закупок;


• осуществление коммуникации удаленных субъектов;


• для интернет-торговли;


• осуществление дистанционного управления в государственной и в частной сфере.

Спектр возможностей использования телекоммуникационных технологий расширяется с каждым днем. Сложно сказать, что именно будет предложено завтра в этой области, чтобы сделать связь доступнее, а производственные процессы - проще.

Развитие телекоммуникационных технологий

Появление новой науки - телематики позволило использовать возможность для передачи информационных данных на расстоянии. В основе науки лежит система, объединяющая телекоммуникационные средства и информатику. Данное свойство значительно увеличило территорию участников связи.

Характерная особенность информационных технологий состоит в том, что в рабочем процессе используется единственный продукт - информация. Процесс интеллектуальной обработки способствует сбору, хранению и распространению информационных данных.

Современные информационные телекоммуникационные технологии

Телекоммуникационные технологии предусматривают использование информационных сетей и компьютерной техники.

Общесетевой ресурс представлен аппаратным типом, информационными разработками, программным обеспечением, для них имеют значение следующие требования:

• компьютерная техника различных сетей соединяется автоматически;


• каждая единица компьютерной техники является составляющим звеном сети, но также работает в самостоятельном режиме;


• связь обеспечивается посредством телефонной связи, оптоволоконным соединением и спутниковыми каналами.

Интернет располагает различными сервисами, самыми распространенными считаются: обмен сообщениям в режиме электронной почты, услуги электронной доски объявлений, передача файлов.

Телекоммуникационные технологии в образовании

Наша жизнь протекает в информационном обществе, поэтому с самого детства следует учиться новым телекоммуникационным технологиям.

В образовательной системе их применяют для дистанционного обучения, виртуального общения, самообразования, получения необходимой информации.

Разработанная федеральная целевая программа, направленная на развитие образовательной информационной среды, стала предпосылкой для внедрения ее в сфере образования и науки.

Телекоммуникационные технологии и услуги для банковских сетей

Политика национальных телекоммуникационных компаний, экономическое положение и географическое расположение являются факторами, влияющими на выбор технологии по передаче информации в банковской системе.

Современные банковские коммуникации позволяют проводить межбанковские платежи с электронной подписью, шифрование документа.

Переход телекоммуникационных систем на частные спутниковые каналы позволит модернизировать банковскую систему. В этом случае выгодно применять виртуальные частные сети, которые арендуют сети общего пользования.

Крупные телекоммуникационные компании

Сфера предоставления телекоммуникационных услуг отмечена крупнейшими поставщиками проводной, сотовой связи, интернет провайдинга, кабельного телевидения.

Лидерами отрасли являются компании «МТС», «Ростелеком», «Мегафон», «ТрансТелеКом», «Эр-телеком», «Межрегиональный Транзиттелеком», «Космическая связь».

Сегодня современный рынок телекоммуникации продолжает демонстрировать признаки насыщения, но бизнес-операторы ищут новые ниши для дальнейшего развития.

Одним из основных направлений является предоставление комплексного сервиса на стыке информационных технологий и телекоммуникаций.

Современные телекоммуникационные технологии разных видов демонстрируется на выставке «Связь», проходящей в ЦВК Москвы.

Цель обучения студентов основам компьютерных сетей - обеспечить знание теоретических и практических основ в области LAN и WAN, сетевых прикладных программ и приложений для создания веб-страниц и сайтов, в области организации компьютерной безопасности и защиты информации в сетях, а также в области ведения бизнеса в Интернет.

Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, которые могут осуществлять информационное взаимодействие друг с другом с помощью коммуникационного оборудования и программного обеспечения.

Телекоммуникации - это передача и прием такой информации как звук, изображение, данные и текст на большие расстояния по электромагнитным системам: кабельным каналами; оптоволоконным каналам; радиоканалам и другим каналам связи. Телекоммуникационная сеть - это совокупность технических и программных средств, посредством которых осуществляются телекоммуникации. К телекоммуникационным сетям относятся: 1. Компьютерные сети (для передачи данных) 2. Телефонные сети (передача голосовой информации) 3. Радиосети (передача голосовой информации - широковещательные услуги) 4. Телевизионные сети (передача голоса и изображения - широковещательные услуги)

Зачем нужны вычислительные или компьютерные сети? Компьютерные сети создаются с целью доступа к общесистемным ресурсам (информационным, программным и аппаратным), распределенным (децентрализованным) в этой сети. По территориальному признаку различают сети локальные и территориальные (региональные и глобальные).

Следует различать компьютерные и терминальные сети. Компьютерные сети связывают компьютеры, каждый из которых может работать и автономно. Терминальные сети обычно связывают мощные компьютеры (мэйнфреймы) с терминалами (устройствами ввода - вывода информации). Примером терминальных устройств и сетей может служить сеть банкоматов или касс продажи билетов.

Основное отличие LAN от WAN состоит в качестве, использованных линий связи и в том, что в ЛВС существует только один путь передачи данных между компьютерами, а в WAN их множество (существует избыточность каналов связи). Так как линии связи в ЛВС более качественные, то скорость передачи информации в LAN гораздо выше, чем в WAN. Но осуществляется постоянное проникновение технологий LAN в WAN и наоборот, что значительно повышает качество сетей и расширяет спектр предоставляемых услуг. Таким образом, различия между LAN и WAN постепенно сглаживаются. Тенденция сближения (конвергенция) характерна не только для LAN и WAN, но и для телекоммуникационных сетей других типов, к которым относятся радиосети, телефонные и телевизионные сети. Телекоммуникационные сети состоят из следующих компонентов: сети доступа, магистрали, информационные центры. Компьютерную сеть можно представить многослойной моделью, состоящей из слоев:

 компьютеры;

 коммуникационное оборудование;

 операционные системы;

 сетевые приложения. В компьютерных сетях используются различные типы и классы компьютеров. Компьютеры и их характеристики определяют возможности компьютерных сетей. К коммуникационному оборудованию относятся: модемы, сетевые карты, сетевые кабели и промежуточная аппаратура сетей. К промежуточной аппаратуре относятся: приемопередатчики или трансиверы (traceivers), повторители или репитеры (repeaters), концентраторы (hubs), мосты (bridges), коммутаторы, маршрутизаторы (routers), шлюзы (gateways).

Для обеспечения взаимодействия программно-аппаратных комплексов в компьютерных сетях были приняты единые правила или стандарт, который определяет алгоритм передачи информации в сетях. В качестве стандарта были приняты сетевые протоколы, которые определяют взаимодействие оборудования в сетях. Так как взаимодействие оборудования в сети не может быть описано одним единственным сетевым протокол, то был применен многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. В результате была разработана семиуровневая модель взаимодействия открытых систем - OSI. Эта модель разделяет средства взаимодействия на семь функциональных уровней: прикладной, представительный (уровень представления данных), сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия оборудования в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. Наиболее популярным является стек - TCP/IP. Этот стек используется для связи компьютеров в сети Internet и в корпоративных сетях.

Протоколы реализуются автономными и сетевыми операционными системами (коммуникационными средствами, которые входят в ОС), а также устройствами телекоммуникационного оборудования (мостами, коммутаторами, маршрутизаторами, шлюзами). К сетевым приложениям относятся различные почтовые прикладные программы (Outlook Express, The Bat, Eudora и другие) и браузеры - программы для просмотра веб-страниц (Internet Explorer, Opera, Mozzila Firefox и другие). К прикладным программам для создания сайтов относятся: Macromedia HomeSite Plus, WebCoder, Macromedia Dreamweaver, Microsoft FrontPage и другие приложения. Большой интерес представляет глобальная информационная сеть Интернет. Internet – это объединение транснациональных компьютерных сетей с различными типами и классами компьютеров и сетевого оборудования, работающих по различным протоколам и передающих информацию по различным каналам связи. Интернет - это мощное средство телекоммуникации, хранения и предоставления информации, ведения электронного бизнеса и дистанционного (интерактивного или он-лайн) обучения.

К телекоммуникационным сетям в настоящее время можно отнести:

• * телефонные сети;
• * радиосеть;
• * телевизионные сети;
• * компьютерные сети

Во всех этих сетях предоставляемым клиентам ресурсом является информация.

Телефонные сети

Телефонные сети оказывают интерактивные услуги, так как два абонента, участвующие в разговоре (или несколько абонентов, если это конференция), попеременно проявляют активность.

Изобретение в 1876 году телефона положило начало развитию телефонных сетей, которые не перестают совершенствоваться и по настоящее время.

Сейчас по каналам телефонной сети общего пользования передается не только речевая информация (при разговоре двух абонентов), но и факсимильные сообщения и цифровые данные.

Вообще говоря, телефонные сети предназначены для передачи по ним аналоговых сигналов. Аналоговый сигнал является непрерывным и может принимать значения из некоторого диапазона. Например, аналоговым сигналом является человеческая речь; в телефоне, телевизоре, радиоприемнике информация также существует в аналоговой форме. Недостатком такой формы представления информации является ее подверженность помехам.

Радиосети и телевизионные сети

Радиосети и телевизионные сети оказывают широковещательные услуги, при этом информация распространяется только в одну сторону - из сети к абонентам, по схеме "один ко многим".

Утрата радиосетями положения главного национального средства рекламы и наступление местного радио началось в 1948 г., с началом эпохи телевидения.

В течение 1950-х гг. "мыльные оперы" "перебежали" с радио на телевидение, что означало окончательный "закат" эпохи радиосетей. В следующее десятилетие сетевые программы ограничивались главным образом новостями и кратким освещением различного рода мероприятий.

Радиосети во многом отличаются от телевизионных сетей; различны также и отношения между радиосетями и их филиалами. В сущности, радиосети являются поставщиками программ, но в отличие от телевидения одна радиостанция может быть членом нескольких радиосетей одновременно. Например, местная радиостанция может транслировать спортивные репортажи одной национальной сети, специальные программы, репортажи, и новости -- другой, развлекательные передачи -- третьей. Если местные телевизионные станции продают рекламное время на основе достоинств сетевых программ, то в радиовещании, для того чтобы получить национальную рекламную поддержку, сети должны исходить из местных рейтингов.

Независимо от отличий в использовании сетевых программ радиостанциями и множества различий с телевидением, радиосети предлагают определенные преимущества, некоторые из которых аналогичны преимуществам телесетей. Например, рекламодатель готовит один заказ на график рекламы для многих станций, оплачивает один счет и ему гарантируется единое качество производства рекламы, входящей в графики всех станций. Сети также обеспечивают экономичный охват и, как само радио, позволяют установить контакты с теми целевыми сегментами аудитории, которые часто являются пассивными пользователями других медиа.

Возрождение радиосетей в значительной степени стало результатом использования технологий спутниковой связи. Доступность такой связи разработчикам национальных радиопрограмм предлагает ряд преимуществ для являющихся филиалами сетей станций.

Компьютерные сети

Компьютерные сети стали логическим результатом эволюции компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, они являются частным случаем распределенных компьютерных систем, а с другой стороны, могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.

Классифицируя сети по территориальному признаку, различают глобальные (WAN), локальные (LAN) и городские (MAN) сети.

Хронологически первыми появились сети WAN. Они объединяют компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров. Первые глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от телефонных сетей. В них часто использовались уже существующие и не очень качественные линии связи, что приводило к низким скоростям передачи данных и ограничивало набор предоставляемых услуг передачей файлов в фоновом режиме и электронной почтой.

Сети LAN ограничены расстояниями в несколько километров; они строятся с использованием высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя более простые методы передачи данных, чем в глобальных сетях, достигать высоких скоростей обмена данными до нескольких гигабитов в секунду. Услуги предоставляются в режиме подключения и отличаются разнообразием.

Сети MAN предназначены для обслуживания территории крупного города. При достаточно больших расстояниях между узлами (десятки километров) они обладают качественными линиями связи и поддерживают высокие скорости обмена. Сети MAN обеспечивают экономичное соединение локальных сетей между собой, а также доступ к глобальным сетям.

Важнейший этап в развитии сетей -- появление стандартных сетевых технологий: Ethernet, FDDI, Token Ring, позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов.

Тенденция сближения различных типов сетей характерна не только для локальных и глобальных компьютерных сетей, но и для телекоммуникационных сетей других типов: телефонных сетей, радиосетей, телевизионных сетей. В настоящее время ведутся активные работы по созданию универсальных мультисервисных сетей, способных одинаково эффективно передавать информацию любого типа: данные, голос и видео.

по дисциплине «Компьютерные сети и телекоммуникации»

ВВЕДЕНИЕ.. 65

2 КАБЕЛИ И ИНТЕРФЕЙСЫ... 10

3 ОБМЕН ДАННЫХ В СЕТИ.. 15

6 СЛУЖБЫ СЕТИ ИНТЕРНЕТ.. 40

8 СРЕДСТВА ПРОСМОТРА WEB.. 54

ВВЕДЕНИЕ.. 6

1 СЕТЕВЫЕ КОНЦЕПЦИИ И ТЕРМИНЫ... 7

1.1 Основные понятия. 7

1.2 Классификация сетей по масштабу. 7

1.3 Классификация сетей по наличию сервера. 7

1.3.1 Одноранговые сети. 7

1.3.2 Сети с выделенным сервером. 8

1.4 Выбор сети. 9

2 КАБЕЛИ И ИНТЕРФЕЙСЫ... 10

2.1 Типы кабелей. 10

2.1.1 Кабель типа «витая пара» – twisted pair 10

2.1.2 Коаксиальный кабель. 11

2.1.3 Оптоволоконный кабель. 12

2.2 Беспроводные технологии. 12

2.2.1 Радиосвязь. 13

2.2.2 Связь в микроволновом диапазоне. 13

2.2.3 Инфракрасная связь. 13

2.3 Параметры кабелей. 13

3 ОБМЕН ДАННЫХ В СЕТИ.. 15

3.1 Общие понятия. Протокол. Стек протоколов. 15

3.2 Модель ISO/OSI 16

3.3 Функции уровней модели ISO/OSI 18

3.4 Протоколы взаимодействия приложений и протоколы транспортной подсистемы. 21

3.5 Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровням модели OSI 22

3.6 Спецификация IEEE 802. 24

3.7 По стеку протоколов. 25

4 СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТОПОЛОГИИ.. 27

4.1 Сетевые компоненты. 27

4.1.1 Сетевые карты. 27

4.1.2 Повторители и усилители. 28

4.1.3 Концентраторы. 29

4.1.4 Мосты. 29

4.1.5 Маршрутизаторы. 30

4.1.6 Шлюзы. 30

4.2 Типы сетевой топологии. 31

4.2.1 Шина. 31

4.2.2 Кольцо. 32

4.2.3 Звезда. 32

4.2.5 Смешанные топологии. 33

5 ГЛОБАЛЬНАЯ СЕТЬ ИНТЕРНЕТ.. 36

5.1 Теоретические основы Интернета. 36

5.2 Работа со службами Интернета. 37

6 СЛУЖБЫ СЕТИ ИНТЕРНЕТ.. 40

6.1 Терминальный режим. 40

6.2 Электронная почта (E-Mail) 40

6.4 Служба телеконференций (Usenet) 41

6.5 Служба World Wide Web (WWW) 43

6.6 Служба имен доменов (DNS) 45

6.7 Служба передачи файлов (FTP) 48

6.8 Служба Internet Relay Chat 49

6.9 Служба ICQ.. 49

7 ПОДКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ ИНТЕРНЕТ.. 51

7.1 Основные понятия. 51

7.2 Установка модема. 52

7.3 Подключение к компьютеру поставщика услуг Интернета. 53

8 СРЕДСТВА ПРОСМОТРА WEB.. 54

8.1 Понятие броузеров и их функции. 54

8.2 Работа с программой Internet Explorer 54

8.2.1 Открытие и просмотр Web-страниц. 56

8.2.3 Приемы управления броузером. 57

8.2.4 Работа с несколькими окнами. 58

8.2.5 Настройка свойств броузера. 58

8.3 Поиск информации в World Wide Web. 60

8.4 Прием файлов из Интернета. 62

9 РАБОТА С ЭЛЕКТРОННЫМИ СООБЩЕНИЯМИ.. 64

9.1 Отправка и получение сообщений. 64

9.2 Работа с программой Outlook Express. 65

9.2.1 Создание учетной записи. 65

9.2.2 Создание сообщения электронной почты. 66

9.2.3 Подготовка ответов на сообщения. 66

9.2.4 Чтение сообщений телеконференций. 67

9.3 Работа с адресной книгой. 67

ВВЕДЕНИЕ

Рассматриваемый в данном конспекте лекций материал - не о конкретной операционной системе и даже не о конкретном типе операционных систем. В нем операционные системы (ОС) рассматриваются с самых общих позиций, а описываемые фундаментальные концепции и принципы построения справедливы для большинства ОС.

1 СЕТЕВЫЕ КОНЦЕПЦИИ И ТЕРМИНЫ

1.1 Основные понятия

Сеть – это соединение между двумя и более компьютерами, позволяющее им разделять ресурсы.

1.2 Классификация сетей по масштабу

Локальная сеть (Local Area Network) представляет собой набор соединенных в сеть компьютеров, расположенных в пределах небольшого физического региона, например, одного здания.

Это набор компьютеров и других подключенных устройств, которые укладываются в зону действия одной физической сети. Локальные сети представляют собой базовые блоки для построения объединенных и глобальных сетей.

Глобальные сети (Wide Area Network) могут соединять сети по всему миру; для межсетевых соединений обычно используются сторонние средства коммуникаций.

Соединения в глобальных сетях могут быть очень дорогими, так как стоимость связи растет с ростом ширины полосы пропускания. Таким образом, лишь небольшое число соединений в глобальных сетях поддерживают ту же полосу пропускания, что и обычные локальные сети.

Региональные сети (Metropolitan Area Network) используют технологии глобальных сетей для объединения локальных сетей в конкретном географическом регионе, например, городе.

1.3 Классификация сетей по наличию сервера

1.3.1 Одноранговые сети

Компьютеры в одноранговых сетях могут выступать как в роли клиентов, так и в роли серверов. Так как все компьютеры в этом типе сетей равноправны, то одноранговые сети не имеют централизованного управления разделением ресурсов. Любой из компьютеров в этой сети может разделять свои ресурсы с любым компьютером из этой же сети. Одноранговын взаимоотношения также означают, что ни один компьютер не имеет ни высшего приоритета на доступ, ни повышенной ответственности за предоставление ресурсов в совместное использование.

Преимущества одноранговых сетей:

– они легки в установке и настройке;

– отдельные машины не зависят от выделенного сервера;

– пользователи в состоянии контролировать свои собственные ресурсы;

– недорогой тип сетей в приобретении и эксплуатации;

– не нужно никакого дополнительного оборудования или программного обеспечения, кроме операционной системы;

– нет необходимости нанимать администратора сети;

– хорошо подходит с количеством пользователей, не превышающих 10.

Недостатки одноранговых сетей:

– применение сетевой безопасности одновременно только к одному ресурсу;

– пользователи должны помнить столько паролей, сколько имеется разделенных ресурсов;

– необходимо производить резервное копирование отдельно на каждом компьютере, чтобы защитить все совместные данные;

– при получении доступа к ресурса, на компьютере, на котором этот ресурс расположен, ощущается падение производительности;

– не существует централизованной организационной схемы для поиска и управления доступом к данным.

1.3.2 Сети с выделенным сервером

Компания Microsoft предпочитает термин Server-based. Сервер представляет собой машину (компьютер), чьей основной задачей является реакция на клиентские запросы. Серверы редко управляются кем-то непосредственно – только чтобы установить, настроить или обслуживать.

Достоинства сетей с выделенным сервером:

– они обеспечивают централизованное управление учетными записями пользователей, безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование;

– более мощное оборудование означает и более эффективный доступ к ресурсам сети;

– пользователям для входа в сеть нужно помнить только один пароль, что позволяет им получать доступ ко всем ресурсам, у которым имеет право;

– такие сети лучше масштабируются (растут) с ростом числа клиентов.

Недостатки сетей с выделенным сервером:

– неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной, в лучшем случае – потеря сетевых ресурсов;

– такие сети требуют квалифицированного персонала для сопровождения сложного специализированного программного обеспечения;

– стоимость сети увеличивается, благодаря потребности в специализированном оборудовании и программном обеспечении.

1.4 Выбор сети

Выбор сети зависит от ряда обстоятельств:

– количество компьютеров в сети (до 10 – одноранговые сети);

– финансовые причины;

– наличие централизованного управления, безопасность;

– доступ к специализированным серверам;

– доступ к глобальной сети.

2 КАБЕЛИ И ИНТЕРФЕЙСЫ

На самом нижнем уровне сетевых коммуникаций находится носитель, по которому передаются данные. В отношении передачи данных термин media (носитель, среда передачи данных) может включать в себя как кабельные, так и беспроводные технологии.

2.1 Типы кабелей

Существует несколько различных видов кабелей, используемых в современных сетях. Различные сетевые ситуации могут потребовать различных типов кабелей.

2.1.1 Кабель типа «витая пара» – twisted pair

Представляет собой сетевой носитель, используемый во многих сетевых топологиях, включая Ethernet, ARCNet, IBM Token Ring.

Витая пара бывает двух видов.

1. Неэкранированная витая пара.

Имеется пять категорий неэкранированной витой пары. Они нумеруются по порядку возрастания качества от CAT1 до CAT5. Кабели более высокой категории обычно содержат больше пар проводников, и эти проводники имеют больше витков на единицу длины.

CAT1 – телефонный кабель, не поддерживает цифровой передачи данных.

CAT2 – представляет собой редко используемый старый тип неэкранированной витой пары. Он поддерживает скорость передачи данных до 4 Мбит/с.

CAT3 – минимальный уровень неэкранированной витой пары, требуемый для сегодняшних цифровых сетей, имеет пропускную способность 10 Мбит/с.

CAT4 – промежуточная спецификация кабеля, поддерживающая скорость передачи данных до 16 Мбит/с.

CAT5 – наиболее эффективный тип неэкранированной витой пары, поддерживающий скорость передачи данных до 100 Мбит/с.

Кабели неэкранированной витой пары соединяют сетевую карту каждого компьютера с сетевой панелью или с сетевым концентратором с помощью соединителя RJ-45 для каждой точки соединения.

Примером такой конфигурации является стандарт на сеть Ethernet 10Base-T, который характеризуется кабелем неэкранированная витая пара (от CAT3 до CAT5) и использованием соединителя RJ-45.

Недостатки:

– чувствительность к помехам со стороны внешних электромагнитных источников;

– взаимное наложение сигнала между смежными проводами;

– неэкранированная витая пара уязвима для перехвата сигнала;

– большое затухание сигнала по пути (ограничение до 100 м).

2. Экранированная витая пара.

Имеет схожую конструкцию, что и предыдущая, подчиняется тому же 100-метровому ограничению. Обычно содержит в середине четыре или более пары скрученных медных изолированных проводов, а также электрически заземленную плетеную медную сетку или алюминиевую фольгу, создавая экран от внешнего электромагнитного воздействия.

Недостатки:

– кабель менее гибок;

– требует электрического заземления.

2.1.2 Коаксиальный кабель

Этот тип кабеля состоит из центрального медного проводника, более толстого, чем провода в кабеле типа витая пара. Центральный проводник покрыт слоем пенистого пластикового изолирующего материала, который в свою очередь окружен вторым проводником, обычно плетеной медной сеткой или алюминиевой фольгой. Внешний проводник не используется для передачи данных, а выступает как заземление.

Коаксиальный кабель может передавать данные со скорость до 10 Мбит/с на максимальное расстояние от 185 м до 500 м.

Двумя основными типами коаксиального кабеля, используемого в локальных сетях, является «Толстый Ethernet» (Thicknet) и «Тонкий Ethernet» (Thinnet).

Также известен как кабель RG-58, является наиболее используемым. Он наиболее гибок из всех типов коаксиальных кабелей, имеет толщину примерно 6 мм. Он может использоваться для соединения каждого компьютера с другими компьютерами в локальной сети с помощью T–коннектора, British Naval Connector (BNC)-коннектора и 50-Омных заглушек (terminator терминаторов). Используется в основном для сетей типа 10Base-2 Ethernet.

Эта конфигурация поддерживает передачу данных со скорость до 10 Мбит/с на максимальное расстояние до 185 м между повторителями.

Является более толстым и более дорогим коаксиальным кабелем. По конструкции он схож с предыдущим, но менее гибок. Используется как основа для сетей 10Base-5 Ethernet. Этот кабель имеет маркировку RG-8 или RG-11, приблизительно 12 мм в диаметре. Он используется в виде линейной шины. Для подключения к каждой сетевой плате используется специальный внешний трансивер AUI (Attachment unit interface) и «вампир» (ответвление), пронизывающее оболочку кабеля для получения доступа к проводу.

Имеет толстый центральный проводник, который обеспечивает надежную передачу данных на расстояние до 500 м на сегмент кабеля. Часто используется для создания соединительных магистралей. Скорость передачи данных до 10 Мбит/с.

2.1.3 Оптоволоконный кабель

Обеспечивают превосходную скорость передачи информации на большие расстояния. Они не восприимчивы к электромагнитному шуму и подслушиванию.

Он состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного другим слоем стеклянного или пластикового покрытия, и внешней защитной оболочки. Данные передаются по кабелю с помощью лазерного или светодиодного передатчика, который посылает однонаправленные световые импульсы через центральное стеклянное волокно. Стеклянное покрытие помогает поддерживать фокусировку света во внутреннем проводнике. На другом конце проводника сигнал принимается фотодиодным приемником, преобразующем световые сигналы в электрический сигнал.

Скорость передачи данных для оптоволоконного кабеля достигает от 100 Мбит/с до 2Гбит/с. Данные могут быть надежно переданы на расстояние до 2 км без повторителя.

Световые импульсы двигаются только в одном направлении, поэтому необходимо иметь два проводника: входящий и исходящий кабели.

Этот кабель сложен в установке, является самым дорогим типом кабеля.

2.2 Беспроводные технологии

Методы беспроводной передачи данных являются более удобной формой. Беспроводные технологии различаются по типам сигналов, частоте, расстоянию передачи.

Тремя главными типами беспроводной передачи данных являются: радиосвязь, связь в микроволновом диапазоне, инфракрасная связь.

2.2.1 Радиосвязь

Технологии радиосвязи пересылают данные на радиочастотах и практически не имеет ограничений на дальность. Используется для соединения локальных сетей на больших географических расстояниях.

Недостатки:

– радиопередача имеет высокую стоимость,

– подлежит государственному регулированию,

– крайне чувствительна к электронному или атмосферному влиянию,

– подвержена перехвату, поэтому требует шифрования.

2.2.2 Связь в микроволновом диапазоне

Поддерживает передачу данных в микроволновом диапазоне, использует высокие частоты и применяется как на коротких расстояниях, так и в глобальной коммуникациях.

Ограничение: передатчик и приемник должны быть в зоне прямой видимости друг друга.

Широко используется в глобальной передаче информации с помощью спутников и наземных спутниковых антенн.

2.2.3 Инфракрасная связь

Функционирует на высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи данных на близкие расстояния. Обычно используют светодиоды для передачи инфракрасных волн приемнику.

Эти волны могут быть физически заблокированы и испытывают интерференцию с ярким светом, поэтому передача ограничена малыми расстояниями.

2.3 Параметры кабелей

При планировании сети или расширении существующей сети необходимо четко рассмотреть несколько вопросов, касающихся кабелей: стоимость, расстояние, скорость передачи данных, легкость установки, количество поддерживаемых узлов.

Сравнение типов кабелей по скорости передачи данных, стоимости кабелей, сложности установки, максимального расстояния передачи данных представлено в таблице 2.1.

Количество узлов на сегмент и узлов в сети при построении сетей с различным использованием кабелей представлено в таблице 2.2.

Таблица 2.1 – Сравнительная характеристика кабелей

Таблица 2.2 – Количество узлов в зависимости от типа сети

3 ОБМЕН ДАННЫХ В СЕТИ

3.1 Общие понятия. Протокол. Стек протоколов.

Главная цель, которая преследуется при соединении компьютеров в сеть – это возможность использования ресурсов каждого компьютера всеми пользователями сети. Для того, чтобы реализовать эту возможность, компьютеры, подсоединенные к сети, должны иметь необходимые для этого средства взаимодействия с другими компьютерами сети.

Задача разделения сетевых ресурсов включает в себя решение множества проблем – выбор способа адресации компьютеров и согласование электрических сигналов при установление электрической связи, обеспечение надежной передачи данных и обработка сообщений об ошибках, формирование отправляемых и интерпретация полученных сообщений, а также много других не менее важных задач.

Обычным подходом при решении сложной проблемы является ее разбиение на несколько частных проблем – подзадач. Для решения каждой подзадачи назначается некоторый модуль. При этом четко определяются функции каждого модуля и правила их взаимодействия.

Частным случаем декомпозиции задачи является многоуровневое представление, при котором все множество модулей, решающих подзадачи, разбивается на иерархически упорядоченные группы – уровни. Для каждого уровня определяется набор функций-запросов, с которыми к модулям данного уровня могут обращаться модули выше лежащего уровня для решения своих задач.

Такой набор функций, выполняемых данным уровнем для выше лежащего уровня, а также форматы сообщений, которыми обмениваются два соседних уровня в ходе своего взаимодействия, называется интерфейсом.

Правила взаимодействия двух машин могут быть описаны в виде набора процедур для каждого из уровней. Такие формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколами.

Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов .

При организации взаимодействия могут быть использованы два основных типа протоколов. В протоколах с установлением соединения (connection-oriented network service, CONS) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить логическое соединение, то есть договориться о параметрах процедуры обмена, которые будут действовать только в рамках данного соединения. После завершения диалога они должны разорвать это соединение. Когда устанавливается новое соединение, переговорная процедура выполняется заново.

Вторая группа протоколов - протоколы без предварительного установления соединения (connectionless network service, CLNS). Такие протоколы называются также дейтаграммными протоколами. Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово.

3.2 Модель ISO/OSI

Из того, что протокол является соглашением, принятым двумя взаимодействующими объектами, в данном случае двумя работающими в сети компьютерами, совсем не следует, что он обязательно представляет собой стандарт. Но на практике при реализации сетей стремятся использовать стандартные протоколы. Это могут быть фирменные, национальные или международные стандарты.

Международная Организация по Стандартам (International Standards Organization, ISO) разработала модель, которая четко определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какую работу должен делать каждый уровень. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) или моделью ISO/OSI.

В модели OSI взаимодействие делится на семь уровней или слоев (рис.1). Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия. Таким образом, проблема взаимодействия декомпозирована на 7 частных проблем, каждая из которых может быть решена независимо от других. Каждый уровень поддерживает интерфейсы с выше- и нижележащими уровнями.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным средствам. Следует иметь в виду, что приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI, в таком случае, при необходимости межсетевого обмена оно обращается напрямую к системным средствам, выполняющим функции оставшихся нижних уровней модели OSI.

Приложение конечного пользователя может использовать системные средства взаимодействия не только для организации диалога с другим приложением, выполняющимся на другой машине, но и просто для получения услуг того или иного сетевого сервиса.

Итак, пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловому сервису. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата, в которое помещает служебную информацию (заголовок) и, возможно, передаваемые данные. Затем это сообщение направляется представительному уровню.

Представительный уровень добавляет к сообщению свой заголовок и передает результат вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок и т.д.

Наконец, сообщение достигает самого низкого, физического уровня, который действительно передает его по линиям связи.

Когда сообщение по сети поступает на другую машину, оно последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует, обрабатывает и удаляет заголовок своего уровня, выполняет соответствующие данному уровню функции и передает сообщение вышележащему уровню.

Кроме термина "сообщение" (message) существуют и другие названия, используемые сетевыми специалистами для обозначения единицы обмена данными. В стандартах ISO для протоколов любого уровня используется такой термин как "протокольный блок данных" - Protocol Data Unit (PDU). Кроме этого, часто используются названия кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram).

3.3 Функции уровней модели ISO/OSI

Физический уровень. Этот уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, такие как требования к фронтам импульсов, уровням напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

Канальный уровень. Одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, чтобы отметить его, а также вычисляет контрольную сумму, суммируя все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка.

В протоколах канального уровня, используемых в локальных сетях, заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Хотя канальный уровень и обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами локальной сети, он это делает только в сети с совершенно определенной топологией связей, именно той топологией, для которой он был разработан. К таким типовым топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся общая шина, кольцо и звезда. Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Сетевой уровень. Этот уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами.

Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packets). При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие "номер сети". В этом случае адрес получателя состоит из номера сети и номера компьютера в этой сети.

Для того, чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач (hops) между сетями, каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией и ее решение является главной задачей сетевого уровня. Эта проблема осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту, оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может изменяться с течением времени.

На сетевом уровне определяется два вида протоколов. Первый вид относится к определению правил передачи пакетов с данными конечных узлов от узла к маршрутизатору и между маршрутизаторами. Именно эти протоколы обычно имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого уровня. К сетевому уровню относят и другой вид протоколов, называемых протоколами обмена маршрутной информацией. С помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений. Протоколы сетевого уровня реализуются программными модулями операционной системы, а также программными и аппаратными средствами маршрутизаторов.

Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP и протокол межсетевого обмена пакетами IPX стека Novell.

Транспортный уровень. На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Хотя некоторые приложения имеют собственные средства обработки ошибок, существуют и такие, которые предпочитают сразу иметь дело с надежным соединением. Работа транспортного уровня заключается в том, чтобы обеспечить приложениям или верхним уровням стека - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем.

Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети - компонентами их сетевых операционных систем. В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX стека Novell.

Сеансовый уровень. Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом для того, чтобы фиксировать, какая из сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, вместо того, чтобы начинать все с начала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется.

Уровень представления. Этот уровень обеспечивает гарантию того, что информация, передаваемая прикладным уровнем, будет понятна прикладному уровню в другой системе. При необходимости уровень представления выполняет преобразование форматов данных в некоторый общий формат представления, а на приеме, соответственно, выполняет обратное преобразование. Таким образом, прикладные уровни могут преодолеть, например, синтаксические различия в представлении данных. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных сервисов. Примером протокола, работающего на уровне представления, является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

Прикладной уровень. Прикладной уровень - это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message).

Существует очень большое разнообразие протоколов прикладного уровня. Приведем в качестве примеров хотя бы несколько наиболее распространенных реализаций файловых сервисов: NCP в операционной системе Novell NetWare, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP и TFTP, входящие в стек TCP/IP.

3.4 Протоколы взаимодействия приложений и протоколы транспортной подсистемы

Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены к одной из двух групп: либо к функциям, зависящим от конкретной технической реализации сети, либо к функциям, ориентированным на работу с приложениями.

Три нижних уровня - физический, канальный и сетевой - являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети, с используемым коммуникационным оборудованием.

Три верхних уровня - сеансовый, уровень представления и прикладной - ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют никакие изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию.

Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних уровней. Это позволяет разрабатывать приложения, независящие от технических средств, непосредственно занимающихся транспортировкой сообщений.

Рисунок 2 показывает уровни модели OSI, на которых работают различные элементы сети.

Компьютер, с установленной на нем сетевой ОС, взаимодействует с другим компьютером с помощью протоколов всех семи уровней. Это взаимодействие компьютеры осуществляют через различные коммуникационные устройства: концентраторы, модемы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, мультиплексоры. В зависимости от типа, коммуникационное устройство может работать либо только на физическом уровне (повторитель), либо на физическом и канальном (мост и коммутатор), либо на физическом, канальном и сетевом, иногда захватывая и транспортный уровень (маршрутизатор).

3.5 Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровням модели OSI

Лучшим способом для понимания отличий между сетевыми адаптерами, повторителями, мостами/коммутаторами и маршрутизаторами является рассмотрение их работы в терминах модели OSI. Соотношение между функциями этих устройств и уровнями модели OSI показано на рисунке 3.

Повторитель, который регенерирует сигналы, за счет чего позволяет увеличивать длину сети, работает на физическом уровне.

Сетевой адаптер работает на физическом и канальном уровнях. К физическому уровню относится та часть функций сетевого адаптера, которая связана с приемом и передачей сигналов по линии связи, а получение доступа к разделяемой среде передачи, распознавание МАС-адреса компьютера - это уже функция канального уровня.

Мосты выполняют большую часть своей работы на канальном уровне. Для них сеть представляется набором МАС-адресов устройств. Они извлекают эти адреса из заголовков, добавленных к пакетам на канальном уровне, и используют их во время обработки пакетов для принятия решения о том, на какой порт отправить тот или иной пакет. Мосты не имеют доступа к информации об адресах сетей, относящейся к более высокому уровню. Поэтому они ограничены в принятии решений о возможных путях или маршрутах перемещения пакетов по сети.

Маршрутизаторы работают на сетевом уровне модели OSI. Для маршрутизаторов сеть - это набор сетевых адресов устройств и множество сетевых путей. Маршрутизаторы анализируют все возможные пути между любыми двумя узлами сети и выбирают самый короткий из них. При выборе могут приниматься во внимание и другие факторы, например, состояние промежуточных узлов и линий связи, пропускная способность линий или стоимость передачи данных.

Для того, чтобы маршрутизатор мог выполнять возложенные на него функции ему должна быть доступна более развернутая информация о сети, нежели та, которая доступна мосту. В заголовке пакета сетевого уровня кроме сетевого адреса имеются данные, например, о критерии, который должен быть использован при выборе маршрута, о времени жизни пакета в сети, о том, какому протоколу верхнего уровня принадлежит пакет.

Благодаря использованию дополнительной информации, маршрутизатор может осуществлять больше операций с пакетами, чем мост/коммутатор. Поэтому программное обеспечение, необходимое для работы маршрутизатора, является более сложным.

На рисунке 3 показан еще один тип коммуникационных устройств - шлюз, который может работать на любом уровне модели OSI. Шлюз (gateway) - это устройство, выполняющее трансляцию протоколов. Шлюз размещается между взаимодействующими сетями и служит посредником, переводящим сообщения, поступающие из одной сети, в формат другой сети. Шлюз может быть реализован как чисто программными средствами, установленными на обычном компьютере, так и на базе специализированного компьютера. Трансляция одного стека протоколов в другой представляет собой сложную интеллектуальную задачу, требующую максимально полной информации о сети, поэтому шлюз использует заголовки всех транслируемых протоколов.

3.6 Спецификация IEEE 802

Примерно в то же время, когда появилась модель OSI, была опубликована спецификация IEEE 802, которая фактически расширяет сетевую модель OSI. Это расширение происходит на канальном и физическом уровнях, которые определяют как более чем один компьютер может получить доступ к сети, избежав конфликтов с другими компьютерами сети.

Этот стандарт детализирует эти уровни посредством разбиения канального уровня на 2 подуровня:

– Logical Link Control (LLC) – подуровень управления логической связью. Управляет связями между каналами данных и определяет использование точек логического интерфейса, называемых Services Access Point (Точки доступа у службам), которые другими компьютерами могут использоваться для передачи информации на верхние уровни модели OSI;

– Media Access Control (MAC) – подуровень управления доступом к устройствам. Предоставляет параллельный доступ для нескольких сетевых адаптеров на физическом уровне, имеет прямое взаимодействие с сетевой картой компьютера и отвечает за обеспечение безошибочной передачи данных между компьютерами в сети.

3.7 По стеку протоколов

Набор протоколов (или стек протоколов) представляет собой сочетание протоколов, которые совместно работают для обеспечения сетевого взаимодействия. Эти наборы протоколов обычно разбивают на три группы, соответствующие сетевой модели OSI:

– сетевые;

– транспортные;

– прикладные.

Сетевые протоколы предоставляют следующие услуги:

– адресацию и маршрутизацию информации;

– проверку на наличие ошибок;

– запрос повторной передачи;

– установление правил взаимодействия в конкретной сетевой среде.

Популярные сетевые протоколы:

– DDP (Delivery Datagram Protocol – Протокол доставки дейтаграмм). Протокол передачи данных Apple, используемый в AppleTalk.

– IP (Internet Protocol – Протокол Интернет). Часть набора протоколов TCP/IP, обеспечивающая адресную информацию и информацию о маршрутизации.

– IPX (Internetwork Packet eXchange – Межсетевой обмен пакетами) и NWLink. Протокол сетей Novell NetWare (и реализация этого протокола фирмой Microsoft), используемый для маршрутизации и направления пакетов.

– NetBEUI. Разработанный совместно IBM и Microsoft, этот протокол обеспечивает транспортные услуги для NetBIOS.

Транспортные протоколы отвечают за обеспечение надежной транспортировки данных между компьютерами.

Популярные транспортные протоколы:

– ATP (AppleTalk Transaction Protocol – Транзакционный протокол AppleTalk) и NBP (Name Binding Protocol – Протокол связывания имен). Сеансовый и транспортный протоколы AppleTalk.

– NetBIOS/NetBEUI. Первый – устанавливает соединение между компьютерами, а второй – предоставляет услуги передачи данных для этого соединения.

– SPX (Sequenced Packet exchange – Последовательный обмен пакетами) и NWLink. Ориентированный на соединения протокол Novell, используемый для обеспечения доставки данных (и реализация этого протокола фирмой Microsoft).

– TCP (Transmission Control Protocol – Протокол управления передачей). Часть набора протоколов TCP/IP, отвечающая за надежную доставку данных.

Прикладные протоколы, ответственные за взаимодействие приложений.

Популярные прикладные протоколы:

– AFP (AppleTalk File Protocol – Файловій протокол AppleTalk). Протокол удаленного управления файлами Macintosh.

– FTP (File Transfer Protocol – Протокол передачи данных). Еще один член набора протоколов TCP/IP, используемый для обеспечения услуг по передаче файлов.

– NCP (NetWare Core Protocol – Базовый протокол NetWare). Оболочка и редиректоры клиента Novell.

– SMTP (Simple Mail Transport Protocol – Простой протокол передачи почты). Член набора протоколов TCP/IP, отвечающий за передачу электронной почты.

– SNMP (Simple Network Management Protocol – Простой протокол управления сетью). Протокол TCP/IP, используемый для управления и наблюдения за сетевыми устройствами.

4 СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТОПОЛОГИИ

4.1 Сетевые компоненты

Существует множество сетевых устройств, которые можно использовать для создания, сегментирования и усовершенствования сети.

4.1.1 Сетевые карты

Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC ) - это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы.

В большинстве современных стандартов для локальных сетей предполагается, что между сетевыми адаптерами взаимодействующих компьютеров устанавливается специальное коммуникационное устройство (концентратор, мост, коммутатор или маршрутизатор), которое берет на себя некоторые функции по управлению потоком данных.

Сетевой адаптер обычно выполняет следующие функции:

– Оформление передаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра.

– Получение доступа к среде передачи данных . В локальных сетях в основном применяются разделяемые между группой компьютеров каналы связи (общая шина, кольцо), доступ к которым предоставляется по специальному алгоритму (наиболее часто применяются метод случайного доступа или метод с передачей маркера доступа по кольцу).

– Кодирование последовательности бит кадра последовательностью электрических сигналов при передаче данных и декодирование при их приеме. Кодирование должно обеспечить передачу исходной информацию по линиям связи с определенной полосой пропускания и определенным уровнем помех таким образом, чтобы принимающая сторона смогла распознать с высокой степенью вероятности посланную информацию.

– Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и обратно. Эта операция связана с тем, что в вычислительных сетях информация передается в последовательной форме, бит за битом, а не побайтно, как внутри компьютера.

– Синхронизация битов, байтов и кадров. Для устойчивого приема передаваемой информации необходимо поддержание постоянного синхронизма приемника и передатчика информации.

Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютере внутренней шины данных - ISA, EISA, PCI, MCA.

Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети сетевой технологии - Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п. Как правило, конкретная модель сетевого адаптера работает по определенной сетевой технологии (например, Ethernet).

В связи с тем, что для каждой технологии сейчас имеется возможность использования различных сред передачи, сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно несколько сред. В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду передачи данных, а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.

Трансивер (приемопередатчик, transmitter+receiver) - это часть сетевого адаптера, его оконечное устройство, выходящее на кабель. В вариантах Ethernet"а оказалось удобным выпускать сетевые адаптеры с портом AUI, к которому можно присоединить трансивер для требуемой среды.

Вместо подбора подходящего трансивера можно использовать конвертор , который может согласовать выход приемопередатчика, предназначенного для одной среды, с другой средой передачи данных (например, выход на витую пару преобразуется в выход на коаксиальный кабель).

4.1.2 Повторители и усилители

Как говорилось ранее, сигнал при перемещении по сети, ослабевает. Чтобы предотвратить это ослабление, можно использовать повторители и (или) усилители, которые усиливают сигнал, проходящий через них.

Повторители (repeater) используются в сетях с цифровым сигналом для борьбы с затуханием (ослаблением) сигнала. Когда репитер получает ослабленный сигнал, он очищает этот сигнал, усиливает и посылает следующему сегменту.

Усилители (amplifier), хоть и имеют схожее назначение, используются для увеличения дальности передачи в сетях, использующих аналоговый сигнал. Это называется широкополосной передачей. Носитель делится на несколько каналов, так что разные частоты могут передаваться параллельно.

Обычно сетевая архитектура определяет максимальное количество повторителей, которые могут быть установлены в отдельной сети. Причиной этого является феномен, известный как «задержка распространения». Период, требуемый каждому повторителю для очистки и усиления сигнала, умноженный на число повторителей, может приводить к заметным задержкам передачи данных по сети.

4.1.3 Концентраторы

Концентратор (HUB) представляет собой сетевое устройство, действующее на физическом уровне сетевой модели OSI, служащее в качестве центральной точки соединения и связующей линии в сетевой конфигурации «звезда».

Существует три основных типа концентраторов:

– пассивные (passive);

– активные (active);

– интеллектуальные (intelligent).

Пассивные концентраторы не требуют электроэнергии и действуют как физическая точка соединения, ничего не добавляя к проходящему сигналу).

Активные требуют энергию, которую используют для восстановления и усиления сигнала.

Интеллектуальные концентраторы могут предоставлять такие сервисы, как переключение пакетов (packet switching) и перенаправление трафика (traffic riuting).

4.1.4 Мосты

Мост (bridge) представляет собой устройство, используемое для соединения сетевых сегментов. Мосты можно рассматривать как усовершенствование повторителей, так как они уменьшают загрузку сети: мосты считывают адрес сетевой карты (MAC address) компьютера-получателя из каждого входящего пакета данных и просматривают специальные таблицы, чтобы определить, что делать с пакетом.

Мост функционирует на канальном уровне сетевой модели OSI.

Мост функционирует как повторитель, он получает данные из любого сегмента, но он более разборчив, чем повторитель. Если получатель находится в том же физическом сегменте, что и мост, то мост знает, что пакет больше не нужен. Если получатель находится в другом сегменте, мост знает, что пакет надо переслать.

Эта обработка позволяет уменьшить загрузку сети, поскольку сегмент не будет получать сообщений, которые к нему не относятся.

Мосты могут соединять сегменты, которые используют разные типы носителей (10BaseT, 10Base2), а также с разными схемами доступа к носителю (Ethernet, Token Ring).

4.1.5 Маршрутизаторы

Маршрутизатор (router) представляет собой сетевое коммуникационное устройство, работающее на сетевом уровне сетевой модели, и может связывать два и более сетевых сегментов (или подсетей).

Он функционирует подобно мосту, но для фильтрации трафика он использует не адрес сетевой карты компьютера, а информацию о сетевом адресе, передаваемую в относящейся к сетевому уровню части пакета.

После получения этой информации маршрутизатор использует таблицу маршрутизации, чтобы определить, куда направить пакет.

Существует два типа маршрутизирующих устройств: статические и динамические. Первые используют статическую таблицу маршрутизации, которую должен создавать и обновлять сетевой администратор. Вторые – создают и обновляют свои таблицы сами.

Маршрутизаторы могут уменьшить загрузку сети, увеличить пропускную способность, а также повысить надежность доставки данных.

Маршрутизатором может быть как специальное электронное устройство, так и специализированный компьютер, подключенный к нескольким сетевым сегментам с помощью нескольких сетевых карт.

Он может связывать несколько небольших подсетей, использующих различные протоколы, если используемые протоколы поддерживают маршрутизацию. Маршрутизируемые протоколы обладают способностью перенаправлять пакеты данных в другие сетевые сегменты (TCP/IP, IPX/SPX). Не маршрутизируемый протокол – NetBEUI. Он не может работать за пределами своей собственной подсети.

4.1.6 Шлюзы

Шлюз (gateway) представляет собой метод осуществления связи между двумя и более сетевыми сегментами. Позволяет взаимодействовать несходным системам в сети (Intel и Macintosh).

Другой функцией шлюзов является преобразование протоколов. Шлюз может получить протокол IPX/SPX, направленный клиенту, использующему протокол TCP/IP, на удаленном сегменте. Шлюз преобразует исходный протокол в требуемый протокол получателя.

Шлюз функционирует на транспортном уровне сетевой модели.

4.2 Типы сетевой топологии

Под топологией сети понимается описание ее физического расположения, то есть то, как компьютеры соединены в сети друг с другом и с помощью каких устройств входят в физическую топологию.

Существует четыре основных топологии:

– Bus (шина);

– Ring (кольцо);

– Star (звезда);

– Mesh (ячейка).

Физическая топология шина, именуемая также линейной шиной, состоит из единственного кабеля, к которому присоединены все компьютеры сегмента (рис. 4.1).

Сообщения посылаются по линии всем подключенным станциям вне зависимости от того, кто является получателем. Каждый компьютер про­веряет каждый пакет в проводе, чтобы определить получателя пакета. Если пакет предназначен для другой станции, то компьютер отвергает его. Если пакет предназначен данному компьютеру, то он получит и обработает его.

Рисунок 4.1 – Топология «шина»

Главный кабель шины, известный как магистраль, имеет на обоих концах заглушки (терминаторы) для предотвращения отражения сигнала. Обычно в сетях с шинной топологией используется два типа носителя: толстый и тонкий Ethernet.

Недостатки:

– трудно изолировать неполадки станции или другого сетевого компонента;

– неполадки в магистральном кабеле могут привести к выходу из строя всей сети.

4.2.2 Кольцо

Топология Ring (кольцо) используется в основном в сетях Token Ring и FDDI (волоконно-оптических).

В физической топологии «кольцо» линии передачи данных фактически образуют логическое кольцо, к которому подключены все компьютеры сети (рис. 4.2).

Рисунок 4.2 – Топология «кольцо»

Доступ к носителю в кольце осуществляется посредством маркеров (token), которые пускаются по кругу от станции к станции, давая им возможность переслать пакет, если это нужно. Компьютер может посылать данные только тогда, когда владеет маркером.

Так как каждый компьютер при этой топологии является частью кольца, он имеет возможность пересылать любые полученные им пакеты данных, адресованные другой станции.

Недостатки:

– неполадки на одной станции могут привести к отказу всей сети;

– при переконфигурации любой части сети необходимо временно отключать всю сеть.

4.2.3 Звезда

В топологии Star (звезда) все компьютеры в сети соединены друг с другом с помощью центрального концентратора (рис. 4.3).

Все данные, которые посылает станция, направляются прямо на концентратор, который пересылает пакет в направлении получателя.

В этой топологии только один компьютер может посылать данные в конкретный момент времени. При одновременной попытке двух и более компьютеров переслать данные, все они получат отказ и будут вынуждены ждать случайный интервал времени, чтобы повторить попытку.

Эти сети лучше масштабируются, чем другие сети. Неполадки на одной станции не выводят из строя всю сеть. Наличие центрального концентратора облегчает добавление нового компьютера.

Недостатки:

– требует больше кабеля, чем остальные топологии;

– выход из строя концентратора выведет из строя весь сегмент сети.

Рисунок 4.3 – Топология «звезда»

Топология Mesh (ячейка) соединяет все компьютеры попарно (рис. 4.4).

Рисунок 4.4 – Топология «ячейка»

Сети Mesh используют значительно большее количество кабеля, чем другие топологии. Эти сети значительно труднее устанавливать. Но эти сети устойчивы к сбоям (способны работать при наличии повреждений).

4.2.5 Смешанные топологии

На практике существует множество комбинаций главных сетевых топологий. Рассмотрим основные из них.

Star Bus

Смешанная топология Star Bus (звезда на шине) объединяет топологии Шина и Звезда (рис. 4.5).

Топология Star Ring (звезда на кольце) известна также под названием Star-wired Ring, поскольку сам концентратор выполнен как кольцо.

Эта сеть идентична топологии «звезда», но на самом деле концентратор соединен проводами как логическое кольцо.

Также как и в физическом кольце, в этой сети посылаются маркеры для определения порядка передачи данных компьютерами.

Рисунок 4.5 – Топология «звезда на шине»

Hybrid Mesh

Поскольку реализация настоящей топологии Mesh в крупных сетях может быть дорогой, сеть топологии Hybrid Mesh может предоставить некоторые из существенных преимуществ настоящей сети Mesh.

В основном применяется для соединения серверов, хранящих критически важные данные (рис. 4.6).

Рисунок 4.6 – Топология «гибридная ячейка»

5 ГЛОБАЛЬНАЯ СЕТЬ ИНТЕРНЕТ

5.1 Теоретические основы Интернета

Ранние эксперименты по передаче и приему информации с помощью компьютеров начались еще в 50-х годах и имели лабораторный характер. Лишь в конце 60-х годов на средства Агентства Перспективных Разработок министерства обороны США была создана сеть национального масштаба . Она получила название ARPANET . Эта сеть связывала несколько крупных научных, исследовательских и образовательных центров. Ее основной задачей была координация групп коллективов, работающих над едиными научно-техническими проектами, а основным назначением стал обмен электронной почтой файлами с научной и проектно-конструкторской документацией.

Сеть ARPANET заработала в 1969 году. Немногочисленные узлы, входившие в нее в то время, были связаны выделенными линиями. Прием и передача информации обеспечивались программами, работающими на узловых компьютерах. Сеть посте­пенно расширялась за счет подключения новых узлов, а к началу 80-х годов на базе наиболее крупных узлов были созданы свои региональные сети, воссоздающие общую архитектуру ARPANET на более низком уровне (в региональном или локаль­ном масштабе).

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

TCP/IP - это не один сетевой протокол, а несколько протоколов, лежащих на разных уровнях сетевой модели OSI (это так называемый стек протоколов). Из них протокол TCP - протокол транспортного уровня. Он управляет тем, как происходит передача информации. Протокол IP- адресный. Он принадле­жит сетевому уровню и определяет, куда происходит передача.