ВВЕДЕНИЕ В КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

Развитие средств вычислительной техники, проникновение информационных технологий во все сферы человеческой деятельности привело к созданию нового типа информационно-вычислительных систем – компьютерных сетей.

Компьютерные сети подразделяются на локальные и глобальные. Локальная сеть – это объединение компьютеров, расположенных на сравнительно небольшой территории (одного предприятия, офиса, одной комнаты). Глобальная сеть покрывает большие географические регионы, может быть ограничена только размерами земного шара. Глобальная сеть включает в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Существуют также корпоративные информационные сети и региональные.

Сегодня пользователь, который работает с неподключенной к сети ЭВМ, использует только 70–75 % от её возможностей.

Локальные вычислительные сети

Локальные вычислительные сети (ЛВС) или LAN (англ. Local Area Network) нашли широкое применение в системах автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства, системах управления производством и технологическими комплексами, в конторских системах, бортовых системах управления и т. д. ЛВС является эффективным способом построения сложных систем управления различными производственными подразделениями. ЛВС интенсивно внедряются в медицину, сельское хозяйство, образование, науку и др.

Существующие стандарты для ЛВС обеспечивают связь между компьютерами на расстоянии до 20 км. Для подключения к удаленным компьютерным сетям используются телефонные линии и модемы.

Основное назначение ЛВС – распределение ресурсов ЭВМ: программ, совместимости периферийных устройств, терминалов, памяти.

По способу соединения компьютеров в сети различают схемы: общая шина, звезда, древовидная, кольцо и др. Иначе схема построения сети называется конфигурация или топология сети. Различные топологии схематично изображены на рисунке 15.1.

Каждая топология имеет свои достоинства и недостатки. Например, сеть с полносвязной топологией наиболее дорогая, но самая надежная, поскольку при отказе какой-либо линии связи передаваемая информация может быть направлена в обход. Сеть с шинной топологией наоборот самая дешевая, но при отказе канала передачи данных из строя выходит вся сеть. Кроме того, такая сеть требует специального программного обеспечения для одновременной передачи информации между несколькими машинами по одному каналу. Наиболее проста работа, а значит и программное обеспечение в сети с кольцевой топологией, так как передача информации в такой сети производится только в одном направлении, а каждый компьютер принимает сигнал и передает его следующей станции. В то же время, выход из строя одной части кольца приводит к отказу всей сети.

Рисунок 15.1 – Топологии сетей

Сети, в которых все компьютеры наделены одинаковыми полномочиями, называются одноранговыми. Однако обычно сейчас применяются иерархический (многоуровневый) принцип построения сетей. В сетях выделяется один или несколько мощных компьютеров, предназначенных для обслуживания сети. Такие компьютеры называются сетевыми серверами.

Сервер – компьютер, выделенный для обработки запросов от всех компонентов вычислительной сети, предоставляющий доступ к общим системным ресурсам (вычислительным мощностям, базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и т. д.) и распределяющий эти ресурсы. Сервер должен отличаться высокой производительностью и большими объёмами памяти. Серверы в сети часто специализированны.

Остальные компьютеры сети называются рабочими станциями. Им не обязательно иметь жёсткие диски, по крайней мере, достаточно небольших. В сетях с сервером рабочие станции выступают как клиенты сети, поэтому говорят, что работа происходит по технологии клиент-сервер.

По скорости передачи информации сети подразделяются на низкоскоростные (до 10 Мбит/с), среднескоростные (до 100 Мбит/с), высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).

В качестве физической среды передачи применяются коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, передача информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.

Локальные сети могут объединяться между собой. Способы объединения зависят от расстояния и от требуемой скорости обмена информацией.

Принципы функционирования и ресурсы сети Internet

Глобальная компьютерная сеть Internet предоставила человеку удивительные возможности. Получил распространение принципиально новый способ общения, для которого перестало иметь значение расстояние между людьми.

Одна из первых версий Internet была разработана в семидесятых годах Департаментом Обороны США, чтобы дать возможность исследовательским институтам, работавшим над особо важными для обороны в то время проблемами, обмениваться информацией. К тому же предполагалось, что этот способ связи позволит сохранить обмен информацией между ними в случае глобальной катастрофы или войны. В то время сеть носила название ARPAnet, основной операционной системой была Unix. В 80-х годах, когда персональные компьютеры начали получать все более широкое распространение в США, появились сети, связавшие между собой исследовательские центры университетов. Соединив сети, университеты получили возможность общаться между собой, подобно оборонным институтам в семидесятых годах. Однако эта новая связь имела дополнительное качество: пользователь университетской сети, находясь дома или в учреждении, подключаясь к сети, получал также доступ к любому месту, к которому эта сеть была подсоединена. Такая связь получила название "межсеть" (Internet), и, таким образом, появилась сеть Internet, которую назвали основной сетью, межсетью или сетью сетей.

Сегодня Internet представляет собой транснациональную инфраструктуру, объединяющую большое число различных компьютерных сетей, работающих по самым разнообразным протоколам связывающих компьютеры различных типов и обеспечивающих передачу данных в различных физических средах: телефонных кабелях, оптоволокне, радио- и спутниковых каналах.

Основными требованиями для вхождения компьютера в сеть Internet является использование протокола TCP/IP для межмашинного обмена, подключение к какой-либо глобальной сети и выполнение определенных правил адресования и маршрутизации.

Internet не имеет какого-либо единого административного органа, управляющего всей его инфраструктурой. Существует только ряд достаточно авторитетных образований (называемых комитетами), действующих на общественных началах и вырабатывающих общие рекомендации по принципам функционирования сети.

На примере перечислим основные понятия, с которыми придётся разобраться уже на первых шагах. Допустим вы хотите вывести на экран компьютера определённую Web-страницу. Для этого вам нужно запустить программу-клиент (браузер) и подключиться к Internet. В окне браузера необходимо набрать URL нужной страницы, либо щелкнуть по ссылке на Web-странице.

После этого запрос с вашего компьютера уйдёт на сервер доменных имён (DNS-сервер). Пока сервер обрабатывает запрос, компьютер клиента останавливается и ждёт ответа. Сервер пытается найти в своих файлах или файлах других DNS-серверов IP-адрес, соответствующий имени, указанному в запросе. Если такого адреса не находится, то сервер возвращает ответ, что данного доменного имени не существует. Если же IP-адрес найден, то устанавливается соединение с удалённым сервером и указанная вами Web-страница отправляется на ваш компьютер. Процесс загрузки Web-страницы вы будете видеть у себя на экране в окне браузера.

Обмен данными между вашим компьютером и сервером будет происходить по протоколу TCP/IP, то есть данные на ваш компьютер будут приходить порциями. Эти порции последовательно будут собираться в единое сообщение, пока вы не увидите на экране полную картинку Web-страницы.

Организация Internet

Internet представляет собой объединённую сеть, состоящую из набора связанных сетей, которые взаимодействуют как единое целое. Составляющими Internet являются сети различного масштаба: крупные национальные магистральные сети, огромное множество региональных и локальных сетей.

Internet (Internet в переводе – межсетевое соединение) – это объединение множества сетей, обеспечивающее распространение информационных потоков по всему земному шару.

Компьютеры, работающие в сети Internet, называются узлами. Узлами являются мощные компьютеры (мэйнфреймы), мини-компьютеры меньшей мощности и персональные компьютеры.

Сети, составляющие Internet, распространяются на большие расстояния и могут перекрывать одна другую. В результате любая пара узлов связана между собой не одним, а множеством каналов связи. Благодаря этому в Internet обеспечивается устойчивость связи. При разрушении какой-либо части сетей пакеты с информацией беспрепятственно могут пойти в обход повреждённых участков.

Среди всех этих компьютеров имеются такие, которые оказывают услуги другим компьютерам, это серверы.

Серверы способны хранить и пересылать информацию по запросу других компьютеров, отвечая при этом на десятки и сотни запросов одновременно. Серверы защищены от сбоев электропитания и, как правило, работают под управлением операционной системы Unix. Те компьютеры, которые составляют и посылают запросы к серверам, называются клиентами. Эти компьютеры не соединены с Internet постоянно, а подключаются к сети по необходимости.

Протокол ТСР/IP– основной транспортный протокол для передачи данных в Internet. Складывается из двух частей: TCP (Transmition Control Protocol – протокол управления передачей) и IP(Internet Protocol – протокол Internet).

Протокол ТСР разбивает информацию на порции-пакеты и каждому пакету присваивает номер, чтобы при получении можно было правильно восстановить информацию. Затем IP добавляет к каждому пакету служебную информацию с адресами отправителя и получателя и обеспечивает доставку всех пакетов получателю.

Маршруты движения пакетов в сети рассчитываются специальной программой-маршрутизатором.

Провайдеры.Связующими звеньями между клиентами и Internet выступают организации или частные лица, называемые ISP, или, проще говоря, провайдеры. Провайдер предоставляет пользователям, как правило, следующие услуги Internet:

- доступ к информационным ресурсам;

- предоставление адреса электронной почты;

- выделение необходимого пространства на своём узле для Web-страницы абонента.