Компьютерные сети

Самая простая сеть состоит, как минимум, из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем или другим средством передачи сигналов. Это позволяет использовать данные совместно. Все сети, независимо от их сложности, основываются именно на этом принципе.

Компьютерные сети – это совокупность компьютеров, взаимосвязанных каналами передачи данных и необходимых для реализации этой взаимосвязи программного обеспечения и технических средств, предназначенных для организации распределенной обработки данных.
Компьютеры, входящие в сеть, могут совместно использовать данные, принтеры, факсимильные аппараты, модемы и другие устройства. Основное назначение – совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи как внутри одной фирмы, так и за ее пределами.
Ресурсы – это данные, приложения и периферийные устройства. Понятие интерактивной связи компьютеров подразумевает обмен сообщениями в реальном режиме времени.
По размерности различают локальные, региональные и глобальные сети.
Локальные сети - сети, действующие в пределах некоторой ограниченной территории. Обычно они охватывают какое-либо отделение предприятия и не выходят за пределы одного здания.
Локальная сеть характеризуется высокими скоростями передачи данных. Для подключения используется сетевой адаптер, обычно выполняемый в виде платы расширения. В качестве физической линии связи применяются витая пара, коаксиальный кабель, оптико-волоконный кабель.
Региональные сети – сети, действующие в пределах от 10 до 100 км. Они объединяют различные города и области; при этом каждая региональная сеть является частью глобальной сети.
Глобальные сети обеспечивают соединение большого числа абонентов на больших территориях, охватывающих регионы, страны и континенты, использующие для передачи данных оптоволоконные магистрали, спутниковые системы связи и коммутируемую телефонную сеть.

Типы сетей
Компьютерные сети разделяются на два типа:
- одноранговые;
- на основе сервера.

В одноранговой сети все компьютеры равноправны, нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного сервера.
Компьютер, подключенный к локальной сети, называют рабочей станцией.
Рабочая станция – это индивидуальное рабочее место пользователя. Каждая рабочая станция одноранговой сети одновременно может быть и сервером. Каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер.
В одноранговой сети:
- для объединения компьютеров в сеть применяется простая кабельная система;
- компьютеры расположены на рабочих столах пользователей;
- пользователи сами выступают в роли администраторов и обеспечивают защиту информации.
Если к сети подключено более 10-15 пользователей, то одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей использует выделенные серверы.
Под сервером понимается комбинация аппаратных и программных средств, которая служит для управления сетевыми ресурсами общего доступа. Он обслуживает другие станции, предоставляя общие ресурсы и услуги для совместного использования.
Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер. Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов.

Круг задач, которые должны выполнять серверы, очень широкий. Чтобы приспособиться к возрастающим потребностям пользователей, серверы в больших сетях стали специализированными.
Типы серверов:
Файл-серверы и принт-серверы управляют доступом пользователей соответственно к файлам и принтерам.
Серверы приложений. На них выполняются прикладные части клиент-серверных приложений, а также находятся данные, доступные клиентам.
Почтовые серверы управляют передачей электронных сообщений между пользователями сети.
Факс-серверы управляют потоком входящих и исходящих факсимильных сообщений через один или несколько факс-модемов.
Коммуникационные серверы управляют потоком данных и почтовых сообщений между этой сетью и другими сетями через модем или телефонную линию.

Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера. Топология сети характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети.
Топология сети обуславливает ее характеристики. Выбор той или иной топологии влияет на состав необходимого сетевого оборудования, характеристики сетевого оборудования, возможности расширения сети, способ управления сетью.
Базовые топологии.
Топология «шина» является наиболее простой и широко распространенной. В ней используется один кабель, называемый магистралью, или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети. В сети с этой топологией компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру.
Данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети, однако информацию принимает только тот компьютер, адрес которого соответствует зашифрованному в этих сигналах адресу получателя.
Производительность этой топологии сети зависит от числа компьютеров, подключенных к «шине»: чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее работает сеть.

При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, называемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным компьютерам.
В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованы. Недостатком сети является значительное увеличение расхода кабеля, т.к. все компьютеры подключены к центральной точке. Если центральный компонент выйдет из строя, то нарушится работа всей сети. А если выйдет из строя только один компьютер или кабель, соединяющий его с концентратором, то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.

При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. Поэтому если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

В настоящее время часто используются топологии, которые комбинируют компоновку сети по принципу «шины», «звезды» и «кольца». Технические средства коммуникаций составляют кабели, коннекторы и терминаторы, сетевые адаптеры, повторители, разветвители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы, модемы, позволяющие использовать различные протоколы и топологии в единой неоднородной системе.
Повторитель – устройство, предназначенное для компенсации затухания в среде передачи данных путем усиления сигналов в целях увеличения расстояния их распространения.
Разветвитель – пассивное устройство, предназначенное для соединения более двух кабельных сегментов.
Мосты и маршрутизаторы представляют собой устройства для соединения сегментов сети. Маршрутизаторы обмениваются между собой информацией о топологии, состоянии сети, работоспособности каналов и доступности узлов в целях выбора оптимального пути для передачи пакета.
Шлюзы – устройства для подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей к центральным ЭВМ. Необходимость применения шлюзов появляется, когда объединяют две системы с различной архитектурой для перевода потока данных, проходящих между этими системами.

Организация работы в сети
Работа сети заключается в передаче данных от одного компьютера к другому. В этом процессе можно выделить несколько отдельных задач:

• распознавание данных;
• разбиение данных на управляемые блоки;
• добавление информации к каждому блоку для указания местонахождения данных и указания получателя;
• добавление информации синхронизации и информации для проверки ошибок;
• передача данных в сеть и отправка их по заданному адресу.

При выполнении всех задач сетевая операционная система следует строгому набору процедур, называемых протоколами. Протоколы регламентируют каждую сетевую операцию. Стандартные протоколы позволяют программному и аппаратному обеспечению различных производителей нормально взаимодействовать.
Модель OSI – широко распространенный метод описания сетевых сред. Являясь многоуровневой системой, она отражает взаимодействие программного и аппаратного обеспечений при осуществлении сеанса связи.
В модели OSI сетевые функции распределены между 7 уровнями. Каждому уровню соответствуют различные сетевые операции, оборудование и протоколы.

Модель OSI	Типы протоколов
7. Прикладной уровень	Прикладные протоколы
6. Представительский уровень
5. Сеансовый уровень
4. Транспортный уровень	Транспортные протоколы
3. Сетевой уровень	Сетевые протоколы
2. Канальный уровень
Физический уровень

На прикладном уровне с помощью специальных приложений пользователь создает документ. На транспортном уровне документ преобразуется в форму, в которой положено передавать данные в используемой сети. Существует две формы передачи данных в сети: с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов.
Сетевой уровень определяет маршрут движения данных в сети.
Канальный уровень необходим для того, чтобы промодулировать сигналы, циркулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученными с сетевого уровня.
На физическом уровне происходит реальная передача данных.

Перед передачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет – это единица информации, передаваемой между устройствами сети как единое целое. Пакет последовательно проходит через все уровни программного обеспечения. На каждом уровне к пакету добавляется некоторая информация, форматирующая или адресная, которая необходима для успешной передачи данных по сети.
На принимающей стороне пакет проходит через все уровни в обратном порядке. Программное обеспечение на каждом уровне читает информацию пакета, затем удаляет информацию, добавленную пакету на этом же уровне отправляющей стороной, и передает пакет следующему уровню. Когда пакет дойдет до прикладного уровня, вся адресная информация будет удалена, и данные примут свой первоначальный вид.
Обмен данными в сети происходит путем их перемещения на компьютере пользователя с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки по каналу связи 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.
На верхнем уровне модели OSI работают прикладные протоколы. Они обеспечивают взаимодействие приложений и обмен данными между ними. К наиболее популярным прикладным протоколам относятся:

• SMTP – протокол Интернета для обмена электронной почтой.
• FTP – протокол Интернета для передачи файлов.
• Telnet – протокол Интернета для регистрации на удаленных хостах и обработки данных на них.

Транспортные протоколы поддерживают сеансы связи между компьютерами и гарантируют надежный обмен данных между ними. К популярным транспортным протоколам относятся:
TCP – TCP/IP-протокол для гарантированной доставки данных, разбитых на последовательность сегментов.
Сетевые протоколы обеспечивают услуги связи. Эти протоколы управляют несколькими типами данных: адресацией, маршрутизацией, проверкой ошибок и запросами на повторную передачу. К наиболее популярным относятся:
IP – TCP/IP – протокол для передачи пакетов.


Глобальная сеть Интернет
Интернет состоит из многочисленных компьютерных сетей, объединенных в одну глобальную сеть и обменивающихся между собой информацией.

Основные понятия
IP. Номер компьютера в сети называют IP-адресом. Он состоит из 4-х восьмибитных частей. Для осуществления доступа к любому файлу на локальном компьютере программа должна «знать» имя диска и его полное имя, которое состоит из собственно имени файла и полного так называемого пути.

DNS, URL.
DNS – служба доменных имен. При этом IP адрес заменяется символьным эквивалентом, называемым универсальным локатором ресурсов – URL.
Точная связь между IP и URL устанавливается в базах данных DNS, представляющих собой обычные таблицы, в которых каждому URL (т.е. адресу вида www.name.ru) соответствует IP сервера, на котором хранится Web-ресурс, загружаемый по этому URL. Если Web-страница переносится на другой сервер, то достаточно изменить IP-адрес в базе. Служба DNS отвечает за актуальность всех зональных баз данных, т.е. вновь созданный и зарегистрированный URL должен через какое-то время оказаться в базах DNS по всему миру.
Язык HTML.
HTML – язык разметки гипертекста, который с помощью специальных меток (тегов) позволяет формировать структуру документа и определять отношения между различными элементами этой структуры.
Язык XML.
Выросший из HTML, язык XML обещает стать общим языком для всех персональных компьютеров и любых других устройств, взаимодействующих с компьютерами.
Язык JavaScript.
Используется для возможности внесения визуальных изменений в html-документ без его перезагрузки с сервера, т.е. непосредственно в браузере.

Как работает Интернет

Для описания работы Интернета определим участников процесса:

• Компьютер пользователя с модемом
• Локальная сеть провайдера
• Модемы провайдера
• Маршрутизатор
• Локальная сеть сервера провайдера
• Сервер провайдера
• Концентратор для обмена трафиком между локальной сетью и провайдером.

Что же происходит после того, как пользователь нажимает кнопку «Установить связь» для связи с провайдером?
После набора номера модем пользователя соединится с модемом провайдера. Со стороны провайдера: к маршрутизатору подсоединен модемный пул (набор некоторого количества модемов), маршрутизатор настраивает их на автоответ. После поступления звонка и успешного прохождения настройки обоих модемов, когда они «договариваются» о скорости и протоколе обмена, оба модема вместе с линией между ними начинают представлять уже просто транспорт для связи маршрутизатор – ваш компьютер.
После того как связь установлена, о модемах можно не вспоминать.
Теперь маршрутизатор должен договориться с операционной системой пользователя, ведь он пока не знает, какая у вас стоит ОС, и об авторизации вашего подключения. Для этого существует несколько специальных протоколов. Windows использует протокол CHAP.
После того как маршрутизатор это сделает, он посылает пакет с вашим именем и паролем на авторизирующий сервер. Как только авторизация пройдет успешно, маршрутизатор должен «договориться» с вашим компьютером о протоколе, посредством которого ваша система будет общаться с Интернетом в дальнейшем. Если авторизация не прошла, соединение закрывается со стороны провайдера.
После получения положительного ответа с сервера маршрутизатор еще должен назначить вам очередной IP-адрес из числа свободных на данный момент (назначить его только из определенного, назначенного вашему провайдеру диапазона). Каждый компьютер должен иметь свой адрес в сети, чтобы сеть «знала», куда ей отправлять информацию, предназначенную для этого компьютера.
Итак, связь установлена, браузер запущен и ожидает ввода сетевого адреса.
В браузере вы набираете, например, www.zzz.ru в строке URL. Полное имя (www.zzz.ru) уходит в пакете запроса на DNS, который должен вернуть нормальный IP-адрес браузеру, чтобы работать дальше.
У каждого провайдера должен быть свой DNS, который преобразовывает запросы пользователя. Но всех имен в Интернете он, конечно, знать не может.
На самом деле, DNS – это распределенная база данных. При «незнании» какого-либо адреса DNS-провайдер начинает запрашивать его по частям у других DNS-серверов. Начинает с главного (или корневого) DNS-сервера, вернее, с нескольких главных, ведь корневой сервер не один.
После того, как DNS отыщет нужный IP-адрес, браузер получит пакет с настоящим (цифровым) IP-адресом.
После этого браузер должен что-либо запросить у того сервера. Посылается пакет с запросом ресурса на удаленный сервер.
Что представляет собой процедура поиска информации в Интернете? Обычно выделяют следующие этапы:

1. формализация пользователем своей информационной потребности.
2. выбор информационного ресурса Интернета, на котором будет осуществляться поиск.
3. выбор информационно-поисковой системы, с помощью которой будет осуществляться поиск.
4. построение на основе формализованной информационной потребности запроса – выражения на языке запросов информационно-поисковой системы.
5. проведение поиска и получение результата.
6. анализ источников, из которых пользователем были получены материалы.