Компьютерные сети

Компьютерные сети — это системы компьютеров, объединенных каналами передачи данных, обеспечивающие эффективное предоставление различных информационно-вычислительных услуг пользователям посредством реализации удобного и надежного доступа к ресурсам сети.

Информационные системы, использующие возможности компьютерных сетей, обеспечивают выполнение следующих задач:

• хранение и обработка данных;

• организация доступа пользователей к данным;

• передача данных и результатов обработки данных пользователям.

Эффективность решения перечисленных задач обеспечивается:

• дистанционным доступом пользователей к аппаратным, программным и информационным ресурсам;

• высокой надежностью системы;

• возможностью оперативного перераспределения нагрузки;

• специализацией отдельных узлов сети для решения определенного класса задач;

• решением сложных задач совместными усилиями нескольких узлов сети;

• возможностью осуществления оперативного контроля всех узлов сети.

Основные показатели качества компьютерных сетей включают следующие элементы: полнота выполняемых функций, производительность, пропускная способность, надежность сети, безопасность информации, прозрачность сети, масштабируемость, интегрируемость, универсальность сети.

Виды компьютерных сетей

Компьютерные сети, в зависимости от охватываемой территории, подразделяются на:

• локальные (ЛВС, LAN — Local Area Network);

• региональные (PBC, MAN — Metropolitan Area Network);

• глобальные (ГВС, WAN — Wide Area Network).

В локальной сети абоненты находятся на небольшом (до 10-15 км) расстоянии друг от друга. К ЛВС относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов, корпораций и т. д.

РВС связывают абонентов города, района, области. Обычно расстояния между абонентами РВС составляют десятки-сотни километров.

Глобальные сети соединяют абонентов, удаленных друг от друга на значительное расстояние, часто расположенных в различных странах или на разных континентах.

По признакам организации передачи данных компьютерные сети можно разделить на две группы:

• последовательные;

• широковещательные.

В последовательных сетях передача данных осуществляется последовательно от одного узла к другому. Каждый узел ретранслирует принятые данные дальше. Практически все виды сетей относятся к этому типу.

В широковещательных сетях в конкретный момент времени передачу может вести только один узел, остальные узлы могут только принимать информацию.

Топологии компьютерных сетей

Топология представляет физическое расположение сетевых компонентов (компьютеров, кабелей и др.). Выбором топологии определяется состав сетевого оборудования, возможности расширения сети, способ управления сетью.

Существуют следующие топологии компьютерных сетей:

• шинные (линейные, bus);

• кольцевые (петлевые, ring);

• радиальные (звездообразные, star);

• смешанные (гибридные).

Практически все сети строятся на основе трех базовых топологий: топологии "шина", "звезда" и "кольцо". Базовые топологии достаточно просты, однако на практике часто встречаются довольно сложные комбинации, сочетающие свойства и характеристики нескольких топологий.

В топологии "шина", или "линейная шина" (linear bus), используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, к которому подключены все компьютеры сети (рис. 1). Эта топология является наиболее простой и распространенной реализацией сети.

Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, производительность сети зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, тем медленнее сеть.

Зависимость пропускной способности сети от количества компьютеров в ней не является прямой, так как, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество других факторов: тип аппаратного обеспечения, частота передачи данных, тип сетевых приложений, тип сетевого кабеля, расстояние между компьютерами в сети.

Рисунок 1. Сеть с шинной топологией

"Шина" является пассивной топологией — компьютеры только "слушают" передаваемые по сети данные, но не передают их от отправителя к получателю. Выход из строя какого-либо компьютера не оказывает влияния на работу всей сети. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы с последующей передачей их по сети.

Основой последовательной сети с радиальной топологией (топологией "звезда") является специальный компьютер — сервер, к которому подключаются рабочие станции, каждая по своей линии связи. Вся информация передается через сервер, в задачи которого входит ретрансляция, переключение и маршрутизация информационных потоков в сети (рис. 2). Такая сеть является аналогом системы телеобработки, в которой все абонентские пункты содержат в своем составе компьютер.

Рисунок 2. Сеть с топологией "звезда"

Недостатками такой сети являются: высокие требования к вычислительным ресурсам центральной аппаратуры, потеря работоспособности сети при отказе центральной аппаратуры, большая протяженность линий связи, отсутствие гибкости в выборе пути передачи информации. Если выйдет из строя рабочая станция (или кабель, соединяющий ее с концентратором), то лишь эта станция не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные рабочие станции в сети этот сбой не повлияет.

При использовании топологии "кольцо" компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо (рис. 3). Сигналы передаются в одном направлении и проходят через каждый компьютер. Каждый компьютер является повторителем, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

Рисунок 3. Сеть с кольцевой топологией

Способ передачи данных по кольцевой сети называется передачей маркера. Маркер последовательно, от компьютера к компьютеру, передается до тех пор, пока его не получит тот компьютер, который должен передать данные. Передающий компьютер добавляет к маркеру данные и адрес получателя и отправляет его дальше по кольцу.

Данные передаются через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя. Далее принимающий компьютер посылает передающему сообщение — подтверждение о приеме данных. Получив сообщение — подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.

Виды кабелей

• Коаксиальный – самый дешевый и доступный тип кабеля, но с низкой скоростью передачи информации до 10 Мбит/c.

• Витая пара, содержит пары проводников, скрученных одним с другим. Скорость передачи информации от 10 Мбит/с до 100 Мбит/с.

• Оптоволоконный кабель представляет собой стеклянный цилиндр, покрытый оболочкой с другим коэффициентом преломления. Скорость передачи информации от 100 Мбит/с.

Витая пара – в топологиях «звезда», «кольцо».

Коаксиальный – в топологии «шина».

Оптоволоконный – в топологиях «звезда» и «кольцо», передает данные только в одном направлении.

Беспроводные сети

Появление переносных компьютеров, используемых в автомобилях, самолетах, в гостиницах делают актуальной возможность соединения с LAN по беспроводной линии связи. Потребность в беспроводных системах связи возникает также там, где прокладка кабеля сопряжена с большими трудностями.

Беспроводные локальные сети используют четыре способа передачи данных:

• инфракрасное излучение;

• лазер;

• радиопередачу в узком спектре (одночастотная передача);

• радиопередачу в рассеянном спектре.

Основной недостаток беспроводных сетей - относительно низкая скорость, составляющая 54 Мб/с.

Техническое обеспечение компьютерных сетей

Техническое обеспечение компьютерных сетей включает следующие компоненты:

• серверы, рабочие станции;

• каналы передачи данных;

• интерфейсные платы и устройства преобразования сигналов;

• маршрутизаторы и коммутационное оборудование.

Рабочая станция — компьютер, через который пользователь получает доступ к ресурсам сети. Часто рабочую станцию, так же, как и пользователя сети, называют клиентом сети.

Сервер — это предназначенный для обработки запросов от всех рабочих станций сети многопользовательский компьютер, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам. Сервер работает под управлением сетевой операционной системы. Наиболее важным требованием, которое предъявляется к серверу, является высокая производительность и надежность работы.

Сервер приложений — это работающий в сети компьютер большой мощности, имеющий программное обеспечение (приложения), с которым могут работать клиенты сети.

Службы Интернета

Служба — это пара программ, взаимодействующих между собой согласно определенным правилам, протоколам. Одна из программ этой пары называется сервером, а вторая — клиентом. При работе служб Интернета происходит взаимодействие серверного клиентского оборудования и программного обеспечения.

Электронная почта (E-Mail) является одной из наиболее ранних служб Интернета. Ее обеспечением занимаются специальные почтовые серверы. Они получают сообщения от клиентов и пересылают их по цепочке к почтовым серверам адресатов, где эти сообщения накапливаются. При установлении соединения между адресатом и его почтовым сервером происходит автоматическая передача поступивших сообщений на компьютер адресата. Почтовая служба использует два прикладных протокола: SMTP и РОРЗ. Первый определяет порядок отправки корреспонденции с компьютера на сервер, а второй — порядок приема поступивших сообщений.

Списки рассылки (Mailing List) — это специальные тематические серверы, собирающие информацию по определенным темам и переправляющие ее подписчикам в виде сообщений электронной почты.

Служба World Wide Web (WWW). Это самая популярная служба современной сети Интернет. Основу службы WWW составляют три технологии: гипертекст, язык разметки гипертекста — HTML (Hypertext Markup Language), универсальный адрес ресурса.

Гипертекст — это организация текстовой информации, при которой текст представляет собой множество фрагментов с явно указанными ассоциативными связями между этими фрагментами.

Основная идея гипертекстовых технологий заключается в том, что поиск документальной информации происходит с учетом множества взаимосвязей, имеющихся между документами, а значит более эффективно, чем при традиционных методах поиска.

Доступ к информации осуществляется не путем последовательного просмотра текста, как в обычных информационно-поисковых системах, а путем движения от одного фрагмента к другому.

Универсальный адрес ресурса — URL (Universal Resource Locator) дополнительно к доменному адресу содержит указания на используемую технологию доступа к ресурсам и спецификацию ресурса внутри файловой структуры компьютера. Например, в URL http://www.tsure.ru/ University/Faculties/Femp/index.htm указаны:

http — протокол передачи гипертекста, используемый для доступа. В подавляющем большинстве случаев в WWW используется именно гипертекстовый протокол. При доступе по другому протоколу, например, через службы FTP или Gopher, указываются соответственно ftp:// или gopher://;

www.tsure.ru — доменный адрес веб-сервера университета. Адреса большей части серверов начинаются с префикса www, указывающего на то, что веб-сервер на данном компьютере запущен;

University/Faculties/Femp/index.htm — спецификация файла index.htm.

Указывается путь к интересующему нас файлу в файловой системе компьютера и имя этого файла. В этой части адреса может быть помещена и другая информация, отражающая, например, параметры запроса пользователя и обрабатывающей запрос программы. Если спецификация файла не указана, то пользователю буден выдан файл, по умолчанию назначенный для представления сервера (сайта).

Служба передачи файлов (FTP). Необходимость в передаче файлов возникает при приеме файлов программ, при пересылке крупных документов, а также при передаче больших по объему архивных файлов.

Интернет (Internet, от Interconnected Networks - объединённые сети; сленг ине́т, нэт) - глобальная телекоммуникационная сеть информационных и вычислительных ресурсов. Служит физической основой для Всемирной паутины. Часто упоминается как Всемирная сеть, Глобальная сеть, либо просто Сеть.

Слово Интернет (Internet) происходит от словосочетания Interconnected networks (связанные сети), это глобальное сообщество малых и больших сетей. Обращаясь в Интернет, мы пользуемся услугами Интернет-провайдера или ISP (Internet Service Provider - поставщик услуг Интернета). ISP - это организация, которая имеет собственную высокоскоростную сеть, объединенную с другими сетями по всему земному шару. Провайдер подключает к своей сети клиентов, которые становятся частью сети данного провайдера и одновременно частью всех объединенных сетей, которые и составляют Интернет.

В более широком смысле Интернет - это информационное пространство, распределенное среди миллионов компьютеров во всем мире, которые постоянно обмениваются данными.

Основная задача Интернета - это связь. Связь круглосуточная, высоконадежная. Для того чтобы осуществлять такую высоконадежную связь, была разработана специальная Интернет-технология доставки данных. Когда слово internet написано со строчной буквы, оно означает просто объединение сетей (interconnected networks) посредством маршрутизации пакетов данных. В этом случае не имеется в виду глобальное информационное пространство Интернет (Internet). В неанглоязычной или нетехнической среде эти понятия обычно не различают. Словарь русского языка рекомендует написание слова с прописной буквы: Интерне́т. Написание со строчной буквы используется в сложных словах, таких как «интернет-портал» и «интернет-магазин».

Интернет в настоящее время является самым большим и популярным межсетевым объединением в мире. Он соединяет десятки тысяч компьютерных сетей и миллионы пользователей во всем мире. При этом объединены компьютеры тысяч различных типов, оснащенные самым разным программным обеспечением.

Пользователи Интернет могут не обращать внимания на все эти различия. Интернет и реализующие его технологии являются неотъемлемым атрибутом информационного общества и его базовым основанием. Эти технологии, о которых не слышали в конце прошлого века, работают практически во всех областях экономики, науки, культуры, социальных преобразований. Существует достаточно много толкований термина Интернет, однако он имеет два основных качественных значения: глобальное сообщество произвольно объединяемых мировых сетей, которые используются для свободного обмена данными, информацией и знаниями; совокупность технологий, которые реализуют обмен данными на основе использования семейства протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), называемых Интернет-технологиями.

Закрепление изученного материала

Ответить на вопросы, ответы записать в тетради:

1. Совокупность мировых компьютерных сетей и циркулирующей в них информации

2. Сервис обмена текстовыми сообщениями в режиме реального времени

3. Высокопрофессиональный программист с криминальным уклоном

4. Web-страница

5. 1024 байт = 1 ...

6. Уникальное алфавитно-цифровое имя группы рабочих станций и серверов в одной сети.

7. Компания, предоставляющая услуги доступа в Интернет

8. Компьютер, распределяющий ресурсы в сети

9. Ненужные сообщения, присылаемые от незнакомых людей или организаций по электронной почте

10. Обмен информацией по глобальной компьютерной сети

11. Устройство, подключаемое к компьютеру для передачи и приема сигналов по телефонным линиям.

12. Поисковая система Интернет

13. Программа для работы пользователя с Интернет

14. Используется для хранения файлов

15. Полный путь к ресурсу в Интернете

16. Компьютер, подключенный к сети и используемый для доступа к ресурсам другой машины