Тема 5.1. Технологии работы в компьютерных сетях

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.

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

· локальные (ЛВС, LAN — Local Area Network.);

· региональные (РВС, MAN — Metropolitan Area Network);

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

Топологии компьютерных сетей. Геометрическая схема соединения (конфигурация физического подключения) узлов сети называется топологией сети.

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 – гибридные топологии.

Модель взаимодействия открытых систем. Открытая система — система, доступная для взаимодействия с дру­гими системами в соответствии с разработанными стандартами.

Передача и обработка данных в разветвленной сети является слож­ным, использующим многочисленную и разнообразную аппаратуру процессом, требующим формализации и стандартизации следующих процедур:

· управление и контроль ресурсов компьютеров и системы теле­коммуникаций;

· установление и разъединение соединений;

· контроль соединений;

· маршрутизация, согласование, преобразование и передача данных;

· контроль правильности передачи;

· исправление ошибок и т. д.

Необходимо применение стандартизированных протоколов и для обеспечения понимания сетями друг друга при их взаимодействии. Указанные выше задачи решаются с помощью применения системы протоколов и стандартов, которые определяют процедуры взаимодей­ствия элементов сети при установлении связи и передаче данных.

Протокол представляет собой набор правил и методов взаимодей­ствия объектов вычислительной сети, регламентирующий основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия, обеспечивающие корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети. Выполнением протокольных процедур управляют специальные про­граммы, реже аппаратные средства.

Международной организацией по стандартизации (ISO — Intarnational Organisation for Standartisaition) разработана система стандарт­ных протоколов — модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection — OSI), которую, также называют эталонной семиуровневой моделью открытых систем.

Модель OSI содержит общие рекомендации для построения стан­дартов совместимых сетевых программных продуктов и служит осно­вой для разработчиков совместимого сетевого оборудования. Эти ре­комендации должны быть реализованы как в технических, так и в программных средствах вычислительных сетей. Для обеспечения упо­рядочения функций управления и протоколов вычислительной сети вводятся функциональные уровни. В общем случае сеть включает семь функциональных уровней.

Условно уровни приложения и представления данных можно от­нести к функциям взаимодействия с приложением, а более низкие уровни — к функциям связи.

7 уровень. Прикладной уровень регламентирует процесс управления термина­лами сети и прикладными процессами, которые являются источника­ми и потребителями информации, передаваемой в сети. Отвечает за запуск программ пользователя, их выполнение, ввод-вывод данных, управление терминалами, административное управление сетью.

6 уровень. Уровень представления интерпретирует и преобразовывает данные, передаваемые в сети, в вид, удобный для прикладных процессов.

5 уровень. Сеансовый уровень — обеспечение организации и проведения сеан­сов связи между прикладными процессами, такими как инициализа­ция и поддержание сеанса между абонентами сети, управление оче­редностью и режимами передачи данных.

4 уровень. Транспортный уровень — отвечает за управление сегментировани­ем данных (сегмент — блок данных транспортного уровня) и сквозной передачей (транспортировкой) данных от источника к потребителю. Ос­новной функцией таких протоколов транспортного уровня является обеспечение доставки этих сегментов до объекта назначения и восста­новление сообщения.

3 уровень. Сетевой уровень. Назначением данного уровня является управление логическим каналом передачи данных в сети (адресация и маршрути­зация данных, коммутация каналов, сообщений, пакетов и мульти­плексирование). Каждый пользователь сети обязательно использует протоколы этого уровня и имеет свой уникальный сетевой адрес, ис­пользуемый протоколами сетевого уровня. На этом уровне передава­емые данные разбиваются на пакеты и вводится адрес доставки.

2 уровень. Канальный уровень. Формирование и управление физическим ка­налом передачи данных между объектами сетевого уровня, обеспече­ние прозрачности физических соединений, контроля и исправления ошибок передачи.

1уровень.Физический уровень отвечает за установление, поддержание и рас­торжение соединений с физическим каналом сети. На данном уровне определяются набор сигналов, которыми обмениваются системы, па­раметры этих сигналов — временные, электрические — и последова­тельность формирования этих сигналов при выполнении процедуры передачи данных.

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

Можно при­вести следующие примеры специализированных серверов: файл-сер­вер, факс-сервер, почтовый сервер, сервер печати, серверы-шлюзы.

Файл-сервер. Основное назначение — работа с базами данных, сер­вер имеет объемные дисковые запоминающие устройства, часто на от­казоустойчивых дисковых массивах КАШ емкостью до терабайта.

Факс-сервер. Это выделенная рабочая станция для организации многоадресной факсимильной связи, с несколькими факс-модемными платами. Поддерживает защиту информации от несанкционирован­ного доступа в процессе передачи, обладает системой хранения элек­тронных факсов.

Почтовый сервер. Это выделенная рабочая станция для организа­ции электронной почты, с электронными почтовыми ящиками.

Сервер печати предназначен для эффективного использования си­стемных принтеров.

Серверы-шлюзы в Интернете играют роль маршрутизаторов. Прак­тически всегда совмещают функции почтового сервера и сетевого брандмауэра, обеспечивающего безопасную работу в сети.

Хост-компьютерами называют такие компьютеры, которые имеют непосредственный доступ в глобальную сеть.

Узлы коммутации предназначены для приема, анализа и отправки данных по выбранному направлению. В сетях с маршрутизацией узлы коммутации осуществляют выбор маршрута.

Устройства коммутации являются наиболее важным оборудовани­ем систем передачи информации в вычислительных сетях.

Узлы коммутации могут осуществлять один из трех возможных ви­дов коммутации при передаче данных: коммутацию каналов, комму­тацию сообщений, коммутацию пакетов.

При коммутации каналов используются сообщения или пакеты, которые часто называют дейтаграммами.

Дейтаграмма — это пакет данных (сообщение), который содержит в своем заголовке информацию, необходимую для передачи его от ис­точника к получателю независимо от всех предыдущих и последу­ющих сообщений.

В узлах коммутации применяются концентраторы и удален­ные мультиплексоры.

Концентраторы (хабы) используются для коммутации каналов в компьютерных сетях. Основные функции концентратора заключа­ются в повторении сигналов и концентрировании в себе функций объединения компьютеров в единую сеть.

Модем — устройство прямого (модулятор) и обратного (демодуля­тор) преобразования сигналов в вид, принятый для использования в определенном канале связи.

Модемы бывают разные, но в первую очередь их можно разделить на аналоговые и цифровые.

Локальные вычислительные сети. Локальные сети обычно объединяют ряд компьютеров, работающих под управлением одной операционной системы.

Локальные сети отделов используются для работы небольшой груп­пы сотрудников предприятия (отдел кадров, бухгалтерия, отдел мар­кетинга).

Сети кампусов (cllege campus — университетский городок) могут занимать значительные территории и объединять много разнородных сетей.

Корпоративные сети — сети масштаба всего предприятия, корпора­ции могут охватывать большие территории, объединять филиалы, рас­положенные в разных странах.

В однородных сетях применяется однотипный состав программно­го и аппаратного обеспечения.

Различают одноранговые ЛВС и ЛВС на основе сервера.

В одноранговых сетях нет единого центра управления взаимодей­ствием рабочих станций и единого устройства для хранения данных. Функции управления сетью распределены между станциями. Сетевая операционная система распределена по всем рабочим станциям. На каждом компьютере должны быть установлены программные средства администрирования сетью. Каждая станция сети может быть как кли­ентом, так и сервером. Каждый компьютер, работающий в одноранговой сети, имеет свои собственные сетевые программные средства.

В серверных сетях один из компьютеров, который называют серве­ром, реализует процедуры, предназначенные для использования все­ми рабочими станциями, управляет взаимодействием рабочих стан­ций и выполняет ряд сервисных функций. В процессе обработки данных клиент формирует запрос на сервер для выполнения тех или иных процедур: чтение файла, поиск информации в базе данных, пе­чать файла и т. п.

В качестве межсетевого интерфейса для соединения сетей между собой используются повторители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы.

Повторители — устройства, которые усиливают электрические сиг­налы и обеспечивают сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большие расстояния.

Мосты — устройства, которые регулируют трафик между сетями, используют одинаковые протоколы передачи данных на сетевом и высших уровнях и выполняют фильтрацию информационных сооб­щений в соответствии с адресами получателей.

Маршрутизаторы — обеспечивают соединение логически не свя­занных сетей. Они анализируют сообщение, определяют его дальней­ший наилучший путь, выполняют его некоторое протокольное преоб­разование для согласования и передачи в другую сеть, создают нужный логический канал и передают сообщение по назначению.

Шлюзы — устройства, позволяющие объединить вычислительные сети, использующие различные протоколы О31 на всех ее уровнях.

Мосты, маршрутизаторы и шлюзы в локальной вычислительной сети — это, как правило, выделенные компьютеры со специальным программ­ным обеспечением и дополнительной связной аппаратурой.

Корпоративные компьютерные сети. Корпоративные сети — это сети масштаба предприятия, корпора­ции. Данные сети используют коммуникационные возможности Ин­тернета и поэтому не зависят от территориального размещения серверов и рабочих станций. Корпоративные сети называются сетями Интранет.

Интранет — это внутрифирменная или межфирменная компью­терная сеть, обладающая расширенными возможностями благодаря использованию в ней интернет-технологий. Интранет — это система хранения, передачи, обработки и доступа к внутрифирменной информации с использованием средств локальных сетей и сети Интернет. Она должна обеспечивать выполнение следующих базовых сетевых технологий: сетевое администрирование, поддержка сетевой файло­вой системы, интегрированная передача сообщений, работа в World Wide Web; сетевая печать, защита информации от несанкционирован­ного доступа.

Глобальная компьютерная сеть Интернет. Интернет представляет собой объединение разнообразных компью­терных сетей (глобальных, региональных, локальных), соединенных между собой каналами связи. Основными функциями сети Интернет являются: информационная, коммуникационная, совещательная, ком­мерческая, развлекательная.

Важный параметр Интернета — скорость доступа к сети, которая определяется пропускной способностью каналов связи между авто­номными системами, внутри автономных систем и абонентских каналов доступа к автономным системам. Сеть имеет архитектуру клиент-сер­вер, то есть имеются компьютеры, в основном получающие информа­цию из сети, — клиенты, а есть компьютеры, снабжающие клиентов информацией, — серверы.

Система адресации в Интернете. Адреса компьютеров, подключенных к сети, должны соответство­вать особым требованиям.

Цифровой IP-адрес представляет собой 32-разрядное двоичное чис­ло. Он разделяется на четыре блока по 8 бит, которые можно записать в десятичном виде, и содержит полную информацию, необходимую для идентификации компьютера. В десятичном коде 1Р-адрес имеет вид: 152.37.72.138.

Доменный адрес состоит из нескольких отделяемых друг от друга точкой буквенно-цифровых доменов (domain — область). Этот адрес построен на основе иерархической классификации: каждый домен определяет целую группу компьютеров, выделенных по какому-либо признаку, при этом домен группы, находящейся слева, является под­группой правого домена. Например, географические двухбуквенные домены некоторых стран: Россия — ru; США-us; Великобритания — uk.

Существуют и домены, выделенные по тематическим признакам:

· правительственные учреждения — gov;

· коммерческие организации — com;

· учебные заведения - edu;

· сетевые организации — net.

Доменный адрес имеет произвольную длину, и, в отличие от циф­рового адреса, он читается в обратном порядке

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 (Е-Mail) является одной из наиболее ранних служб Интернета. Ее обеспечением занимаются специальные почто­вые серверы. Почтовая служба использует два прикладных протокола: SMPT 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 телеконференций (Usenet). Служба телеконференций похо­жа на циркулярную рассылку электронной почты, но одно сообщение может быть отправлено большой группе корреспондентов (такие груп­пы называются телеконференциями или группами новостей).

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.

Доступ к информации осуществляется не путем последовательного просмотра текста, как в обычных информационно-поисковых 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/Universitety/Faculties/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 Gopfer, указываются соответственно Ftp:// или gopfer://;

- 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;

- Faculties/index.htm— спецификация файла index.htm.

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 /

Протокол РТР работает одновременно с двумя соединениями меж­ду сервером и клиентом. По одному соединению идет передача дан­ных, а второе соединение используется как управляющее.

1Р-телефония. Технология, позволяющая использовать Интернет или любую другую 1Р-сеть в качестве средства организации и ведения телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального време­ни.

Дата добавления: 2014-01-13