Понятие компьютерной сети. Классификация сетей по охваченной территории

Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов или электромагнитного излучения.

По размеру охваченной территории сети делятся на следующие:

· Персональная сеть (PAN, Personal Area Network)

· Локальная сеть (LAN, Local Area Network)

· Городская сеть (MAN, Metropolitan Area Network)

· Глобальная вычислительная сеть (WAN, Wide Area Network)

a) Персональная сеть (англ. Personal Area Network, PAN) — это сеть, построенная «вокруг» человека. Данные сети призваны объединять все персональные электронные устройства пользователя (телефоны, карманные персональные компьютеры, смартфоны, ноутбуки, гарнитуры и.т.п.). К стандартам таких сетей в настоящее время относят Bluetooth, (Zigbee, Пиконет).

b) Локальная вычислительная сеть (ЛВС, локальная сеть, сленг. локалка; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.

c) Городская вычислительная сеть (Metropolitan area network, MAN) (от англ. «сеть крупного города») — объединяет компьютеры в пределах города, представляет собой сеть по размерам меньшую чем WAN, но большую, чем LAN.

d) Глобальная вычислительная сеть, ГВС (англ. Wide Area Network, WAN) представляет собой компьютерную сеть, охватывающую большие территории и включающую в себя десятки и сотни тысяч компьютеров.

Топология сети

Все компьютеры в локальной сети соединены линиями связи. Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение узлов к сети называется физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры.

Различают физическую и логическую топологию. Логическая и физическая топологии сети независимы друг от друга. Физическая топология - это геометрия построения сети, а логическая топология определяет направления потоков данных между узлами сети и способы передачи данных.

В настоящее время в локальных сетях используются следующие физические топологии:

1. физическая "шина" (bus);

2. физическая “звезда” (star);

3. физическое “кольцо” (ring);

4. физическая "звезда" и логическое "кольцо" (Token Ring).

Шинная топология

Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема (Т - коннектор). Данные от передающего узла сети передаются по шине в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы предотвращают отражение сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных. Таким образом, информация поступает на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда передачи данных используются совместно и одновременно всеми ПК сети, а сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления по среде передачи. Так как передача сигналов в топологии физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

 

Рисунок 1 – Сетевая топология типа «шина»

 

Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet (классы 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно).

Преимущества сетей шинной топологии:

5. отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;

6. сеть легко настраивать и конфигурировать;

7. сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.

 

Недостатки сетей шинной топологии:

8. разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети;

9. ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;

10. трудно определить дефекты соединений

Топология типа “звезда”

В сети построенной по топологии типа “звезда” каждая рабочая станция подсоединяется кабелем (витой парой) к концентратору или хабу (hub). Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом.

 

Рисунок 2 – Сетевая топология типа «звезда»

 

Данные от передающей станции сети передаются через хаб по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается. Так как передача сигналов в топологии физическая звезда является широковещательной, т.е. сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой 10Base-T Ethernet.

Преимущества сетей топологии звезда:

11. легко подключить новый ПК;

12. имеется возможность централизованного управления;

13. сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.

 

Недостатки сетей топологии звезда:

14. отказ хаба влияет на работу всей сети;

15. большой расход кабеля;

Топология “кольцо”

В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.

 

Рисунок 3 – Сетевая топология типа «кольцо»

 

Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети - логическое кольцо.

Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети.

Как правило, в чистом виде топология “кольцо” не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.

Топология Token Ring

Эта топология основана на топологии "физическое кольцо с подключением типа звезда". В данной топологии все рабочие станции подключаются к центральному концентратору (Token Ring) как в топологии физическая звезда. Центральный концентратор - это интеллектуальное устройство, которое с помощью перемычек обеспечивает последовательное соединение выхода одной станции со входом другой станции.

Другими словами с помощью концентратора каждая станция соединяется только с двумя другими станциями (предыдущей и последующей станциями). Таким образом, рабочие станции связаны петлей кабеля, по которой пакеты данных передаются от одной станции к другой и каждая станция ретранслирует эти посланные пакеты. В каждой рабочей станции имеется для этого приемо-передающее устройство, которое позволяет управлять прохождением данных в сети. Физически такая сеть построена по типу топологии “звезда”.

Концентратор создаёт первичное (основное) и резервное кольца. Если в основном кольце произойдёт обрыв, то его можно обойти, воспользовавшись резервным кольцом, так как используется четырёхжильный кабель. Отказ станции или обрыв линии связи рабочей станции не вличет за собой отказ сети как в топологии кольцо, потому что концентратор отключет неисправную станцию и замкнет кольцо передачи данных.

 

Рисунок 4 – Сетевая топология «Token Ring»

 

В архитектуре Token Ring маркер передаётся от узла к узлу по логическому кольцу, созданному центральным концентратором. Такая маркерная передача осуществляется в фиксированном направлении (направление движения маркера и пакетов данных представлено на рисунке стрелками синего цвета). Станция, обладающая маркером, может отправить данные другой станции.

Для передачи данных рабочие станции должны сначала дождаться прихода свободного маркера. В маркере содержится адрес станции, пославшей этот маркер, а также адрес той станции, которой он предназначается. После этого отправитель передает маркер следующей в сети станции для того, чтобы и та могла отправить свои данные.

Один из узлов сети (обычно для этого используется файл-сервер) создаёт маркер, который отправляется в кольцо сети. Такой узел выступает в качестве активного монитора, который следит за тем, чтобы маркер не был утерян или разрушен.

Преимущества сетей топологии Token Ring:

16. топология обеспечивает равный доступ ко всем рабочим станциям;

17. высокая надежность, так как сеть устойчива к неисправностям отдельных станций и к разрывам соединения отдельных станций.

Недостатки сетей топологии Token Ring: большой расход кабеля и соответственно дорогостоящая разводка линий связи.

Занятие № 4. ГЛОБАЛЬНАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ СЕТЬ ИНТЕРНЕТ

План занятия:

1. Виды подключения к сети Интернет. 2. Система IP-адресации. 3. Программы для работы в Сети. 4. Сервисы Internet

 

Сеть Internet начала бурно развиваться в начале 1990-х годов. Деловые люди очень быстро оценили возможности, предоставляемые новой информационной технологией. Компьютерный рынок пережил наплыв нового программного и аппаратного обеспечения, предназначенного для Internet. Рассмотрим основные элементы технологии Internet.

Следует отметить децентрализованную структуру этой сети. В мире нет центрального управляющего органа, следящего за размещаемой в Internet информацией. Эту роль выполняют различные подключенные к Internet сети,

которые и определяют, какая информация будет в ней размещаться и как она будет передаваться. Такая полностью распределенная структура делает Internet очень гибкой и предоставляет возможность поддерживать неограниченное количество пользователей. Однако подключенные к Internet сети должны удовлетворять определенным стандартам. Эти стандарты утверждаются несколькими добровольными организациями. Например, Совет по архитектуре Internet (Internet Architecture Board — IAB) рассматривает и утверждает протоколы передачи и стандарты нумерации. Комитет по технологическим нормам Internet устанавливает стандарты повседневной работы сети. Союз Internet публикует различные стандарты и осуществляет координацию между различными контролирующими органами Internet, провайдерами услуг и пользователями.

1. Виды подключения к сети Интернет

Доступ к Internet можно получить, устанавливая соединение с провайдером услуг Internet (Internet Service Provider). Провайдер выступает в качестве посредника (проводника) Internet, обеспечивая подключение пользователей к Internet через маршрутизатор Internet. Пользователь подключается к маршрутизатору провайдера с помощью телефона или выделенной линии.

Большинство провайдеров являются прямыми провайдерами. Для таких провайдеров предоставление доступа к Internet является основным родом их деятельности. Дополнительные услуги провайдерами, очень сильно отличаются. Одни провайдеры предлагают только возможность доступа к Internet без каких-либо дополнительных возможностей. Другие — могут сдать вам в аренду место для личного Web-сервера, предложить возможность постоянного подключения или помочь в оформлении и сопровождении Web-сервера.

Другой формой услуг являются интерактивные службы (Online Services). Они, кроме доступа к Internet, предоставляют множество дополнительных коммуникационных возможностей. Двумя наиболее популярными в мире интерактивными службами являются CompuServe и America Online. В зависимости от способа применения существует несколько способов подключения к сети Internet. Стандартные способы подключения к Internet:

• Переписка и электронная почта простейшие формы применения Internet. Подключение, не предоставляющее никаких дополнительных возможностей кроме переписки и электронной почты, является простейшим по установке и самым дешевым в эксплуатации.

• Доменный доступ подразумевает, что с провайдером будет заключен договор о возможности непосредственного доступа к Internet, за которую вы будете вносить месячную или годовую плату. Подобный вид доступа чаще всего используется в организациях, использующих ресурсы Internet только для получения общей информации, проведения интерактивных исследований или приобретения вещей или услуг.

• Клиентский доступ используется для запуска Internet приложений на рабочих станциях (например, программное обеспечение для торговли акциями, которое связывается с брокерской конторой или коммуникационной программой, проводящей конференцию в режиме реального времени). Подобные приложения самостоятельно устанавливают подключение к Internet во время запуска и отключаются после завершения работы.

• Прямой постоянный доступ используется компаниями, интенсивно предлагающими товары и услуги через Internet; в качестве примера можно привести авиакомпанию с возможностью бронирования билета через Internet. Подобный вид доступа является самым дорогим, кроме того, его установка и сопровождение требует дополнительных услуг со стороны провайдера.

Каждый из этих способов подключения предоставляет различный уровень услуг, стоимость подключения при этом различна. Для обеспечения обмена сообщениями, доменного или клиентского доступа достаточно всего лишь коммутируемого доступа (dial-up access) к провайдеру; это значит, что вы устанавливаете соединение, используя стандартные телефонные линии и модем или ISDN-линии, которые быстрее работают, но, правда, и стоят дороже.

Для использования линии ISDN подключаться нужно через телефонную компанию, поддерживающую ISDN-подключения. В этом случае вам нужно установить ISDN-совместимый коммутируемый маршрутизатор и заключить с телефонной компанией контракт на использование ISDN-оборудования.

Если предполагается установить Web-сервер, работающий круглосуточно, то для обеспечения постоянного подключения целесообразно использовать выделенную линию (leased line). Для подобного типа связи устанавливается постоянная фиксированная плата за подключение и использование Internet. Выделенная линия предназначена для двусторонней передачи информации между вами и провайдером. Скорость передачи информации по выделенной линии значительно выше, чем по коммутируемой. Она может принимать значения от 56 Кбит/с до 45 Мбит/с. Большинство выделенных линий обеспечивают связь со скоростью приблизительно 1,5-2 Мбит/с.

Некоторые провайдеры могут предоставлять еще один способ установления постоянного подключения, называемого frame relay подключением. Подобное подключение является компромиссом между дороговизной выделенной линии и малой производительностью коммутируемого доступа. Frame relay — это используемая в распределенных сетях технология, с помощью которой можно значительно повысить скорость передачи данных. Скорость передачи данных по соединению frame relay приблизительно равна 1,5 Мбит/с.

Чтобы осуществить подключение frame relay, провайдер устанавливает постоянное подключение, называемое постоянной виртуальной цепью (Permanent Virtual Circuit — PVC), по существующим цифровым телефонным линиям. Но в отличие от выделенных линий, где скорость передачи данных постоянна, скорость передачи по PVC не фиксируется, это значит, что PVC выделяет ресурсы для передачи по мере необходимости. Если в используемой frame relay сети небольшой поток информации, то она передается очень быстро. Но при возрастании информационного потока, производительность может значительно снизиться. Некоторые провайдеры могут гарантировать (как правило, за дополнительную плату), что скорость передачи данных в их сети frame relay не снизится ниже некоторого определенного уровня.

Система IP-адресации

Для организации всемирной сети нужна хорошая система адресации, которая будет использоваться для направления информации всем адресатам. Союз Internet установил для адресации всех узлов Internet единый стандарт, называемый адресацией IP. Любой IP-адрес состоит из четырех чисел (октетов) в интервале от 1 до 254, разделенных точками. Ниже приведен пример IP-адреса: 10.18.49.102. В схемах IP-адресации также могут использоваться числа 0 и 255, но они зарезервированы для специальных целей. Число 255 используется для направления дейтаграммы всем компьютерам сети IP. Число 0 используется для более точного указания адреса. Предположим, что в приведенном выше примере адрес служит для обозначения узла 102 в сети 10.18.49.102. В таком случае адрес 10.18.49.0 будет обозначать только сеть, а 0.0.0.102 будет обозначать один узел.

IP-адрес можно использовать для построения как сетей с несколькими узлами, так и сетей, содержащих миллионы узлов. Для этого Союз Internet определил три класса сетей, отличающихся друг от друга по размеру. • Класс А: Большие сети с миллионами узлов. Первый октет (самый левый) обозначает адрес сети. Оставшиеся три —обозначают номер узла.

• Класс В: Сети средних размеров с тысячами узлов. Первые два октета (слева) обозначают адрес сети. Остальные два (справа) — обозначают номер узла.

• Класс С: Небольшие сети с несколькими сотнями узлов. Первые три октета обозначают адрес сети. Последний октет — адрес узла.

За уникальным IP-адресом сети обращайтесь к своему провайдеру Internet. После того как вам будет выделена подсеть, вы должны будете присвоить каждому ее узлу свой IP-адрес. В стандартных сетевых операционных системах, например Novell Internet Ware и Microsoft Windows NT, есть специальные утилиты, с помощью которых можно присвоить сети IP-адрес. Естественно, довольно тяжело запомнить IP-адреса всех компьютеров сети, не говоря уже обо всей Internet. Поэтому в 1993 году был создан Информационный центр сети Internet (Internet Network Information Center — InterNIC), который управляет системой доменных имен (Domain Name System — DNS).

Этот механизм предназначен для подстановки легко запоминающихся символьных имен доменов вместо числовых IP-адресов. Например, сотруднику кафедры компьютерных систем МГУ легче запомнить доменное имя comsys .mgu. ru, чем соответствующий ему IP адрес 10.18.49.102. Узнать имя вашей машины проще всего, выдав команду hostname. Система доменных имен (DNS), описывающая компьютеры и организации, в которых они установлены, устроена зеркально по отношению к цифровой IP-адресации. Если в IP-адресе наиболее общая информация указана слева, то в доменных именах она находится справа.

После того как вам будет выделен IP-адрес, вы должны выбрать для себя имя домена в приведенном выше примере — comsys. Выбранное имя домена должно быть уникальным, кроме того, оно не должно быть связано с каким-либо другим адресом Internet. Ваше имя домена добавляется к иерархической базе данных имен доменов. Имя домена состоит из серий символов, разделенных между собой точками. Самая правая часть имени

домена обозначает наибольший домен, к которому принадлежит конкретный

адрес, а также тип организации, которой принадлежит данный адрес.

Например, в имени домена fatex.interline.ivanovo.ru домен . ru

обозначает, что этот адрес принадлежит России. В странах, расположенных

за пределами Соединенных Штатов, обычно используются собственные типы

доменов, обычно состоящие из двух букв, обозначающих страну. Например,

домен . иа - обозначает Украину, . f г — Францию, а . nl — Нидерланды. В

США используется трехбуквенное окончание, по нему можно узнать тип

организации:

· S com (компания или частный владелец)

· S gov (правительственное учреждение)

· S mil (вооруженные силы)

· S edu (учебное заведение)

· S org (некоммерческие организации)

· S net (организация, связанная с сетями)

S int (международная организация)

Символы, стоящие перед типом домена, служат для обозначения зарегистрированного имени поддомена, относящегося к IP-адресу. В приведенном примере поддомен обозначает город Иваново, поддомен .interline — имя ивановского провайдера, fatex — текстильную фабрику ОАО "Фатекс". Для хранения и управления именами доменов используется иерархия серверов имен. На этих серверах хранятся базы данных имен доменов и связанные с ними IP-адреса. Если пользователь сети хочет подключиться к какому-либо Internet-адресу, то он обращается к локальному серверу имен. Этот сервер сначала пытается найти IP-адрес в собственной базе данных. Найдя его, оно возвращает адрес компьютеру, сделавшему запрос, и тот устанавливает Internet-соединение. Если в локальной базе данных нет соответствующего имени, то сервер передает запрос следующему по иерархии серверу. Имя будет передаваться вверх по иерархии до тех пор, пока запрос не дойдет до корневого сервера имен (root name server), который является сервером, содержащим имена доменов и IP-адреса, принадлежащие к доменам определенных типов, например .corn. Корневые серверы имен расположены на территории Соединенных Штатов и принадлежат (точнее будет, сказать сопровождаются) InterNIC. Если IP-адрес есть в базе данных корневого сервера, то он возвращается компьютеру, пославшему запрос. В противном случае сервер возвращает сообщение об отсутствии имени домена. Возвращаемые с корневого сервера IP-адреса запоминаются в кэш­памяти локального сервера имен доменов. Это делается для ускорения обращения к часто используемым серверам, поскольку уменьшает количество запросов к корневым серверам имен.

Кроме того, имена доменов включают категорию верхнего уровня. Например, www в начале имени домена обозначает, что сервер поддерживает связь по World Wide Web (обычно называют просто Web), которая является одной из самых больших категорий Internet-серверов.

Для того чтобы быть частью World Wide Web, сервер должен использовать стандартный метод форматирования документов, называемый Языком форматирования гипертекста (Hyper Text Markup Language — HTML), благодаря чему документ может быть прочитан на любом компьютере, поддерживающем HTML. Web-компьютеры также используют Протокол передачи гипертекста (HTTP), который обеспечивает поддержку связей, внедренных в HTML документы. Внедренные связи являются специальными инструкциями, с помощью которых можно быстро и легко переходить от документа на одном Web-сервере к документу на другом Web-сервере. Сегодня в Internet существуют миллионы Web-серверов.

Другую распространенную категорию верхнего уровня образуют серверы, поддерживающие протокол передачи файлов (File Transfer Protocol — FTP). Эти серверы предназначены преимущественно для хранения и

загрузки файлов данных. Например, фирма-производитель аппаратного обеспечения может установить FTP-сервер, на котором будет размещать обновленные драйверы устройств и утилиты, а учебное заведение может поставить FTP-сервер для хранения файлов виртуальной библиотеки. Например, доменное имя файл-сервера моего компьютера — ftp://vector.isuct.ru/