Структура компьютерных сетей

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

Структура компьютерных сетей

Компьютерные сети являются одной из самых перспективных и быстро развивающихся технологий нашего века.

Желание передавать информацию от одного компьютера к другому, обеспечить пользователям совместный доступ к техническому и программному обеспечению и информационным ресурсам компьютеров привело к необходимости создания сетей.

Из курса информатики вам уже известно, что под компьютерной сетью понимается объединение компьютеров, обеспечивающее совместное использование ими сетевых ресурсов.

По территориальному признаку компьютерные сети могут быть разделены на локальные, региональные, корпоративные и глобальные сети.

Напомним, что локальная сеть объединяет компьютеры, расположенные друг относительно друга на небольших расстояниях, как правило, внутри одной организации, предприятия, учебного заведения. В последнее время все чаще стали создаваться локальные компьютерные сети внутри одного дома по месту жительства.

Локальные сети и отдельные компьютеры в пределах одного города, области или государства могут объединяться в региональные компьютерные сети.

Корпоративные компьютерные сети обычно объединяют компьютеры пользователей, которые работают на одном предприятии, фирме или в одной отрасли деятельности: банковское дело, торговля, образование и др.

Компьютерные сети делятся на два типа: одноранговые сети и сети с выделенным сервером. В одноранговых сетях все компьютеры равноправны.

Сеть с выделенным сервером имеет один высокопроизводительный компьютер, управляющий работой сети. Этот компьютер называется сервером. Он предоставляет свои ресурсы для совместного использования остальным компьютерам сети, которые называют клиентами.

Физическое расположение компьютеров в сети и порядок их соединения образуют топологию сети. Существуют различные варианты топологий: шина, звезда, кольцо и другие.

В топологии шина все компьютеры в сети подключены к общему кабелю, который называют магистральным кабелем или шиной (рис. 1).

В топологии кольцо все компьютеры сети связаны друг с другом в кольцо. Передача информационных сигналов выполняется от одного компьютера к другому обычно в одном направлении (рис. 2).

В топологии звезда все компьютеры сети соединены с одним компьютером – сервером, который является центральным узлом сети (рис.3). По топологии звезда несколько локальных сетей могут объединяться вместе с помощью специального устройства хаба (от англ. слова hub) (рис. 4).

По мере создания локальных сетей они постепенно объединялись в региональные сети в пределах одного района, города, области и т.д. В начале этот процесс был достаточно сложным, так как при объединении компьютеров в сети не были разработаны единые стандарты организации их взаимодействия – протоколы.

Сетевые протоколы определяют формат и необходимые правила при передаче и приеме сообщений между различными устройствами компьютерной сети. В современных компьютерных сетях большие по объему сообщения разбиваются на отдельные компактные пакеты, которые помечаются так, чтобы, пройдя определенный маршрут к месту назначения, их можно было бы соединить.

Локальные сети через линии связи и с помощью специальных устройств маршрутизаторов подсоединяются к региональным сетям. Маршрутизаторы определяют маршруты движения пакетов сообщений.

Региональные сети с помощью своих маршрутизаторов подсоединяются к другим региональным и глобальным сетям (рис. 5).

Вы уже знаете, что в глобальных компьютерных сетях ограничений на расстояние между компьютерами не существует. Примером глобальной компьютерной сети является сеть Интернет (Internet).

Интернет представляет собой всемирную компьютерную сеть, которая связывает между собой в единое целое миллионы устройств из разных уголков Мира. Устройствами Интернет могут являться: персональные и мобильные компьютеры, серверы, устройства, установленные в телевизорах, автомобилях и др. Все такие устройства в Интернет являются оконечными системами Интернет и называются хостами.

Хосты связываются друг с другом линиями связи. Доступ хостов к Интернет выполняется при помощи организаций-поставщиков услуг Интернет – Интернет-провайдеров.

В Интернет используются различные сетевые протоколы и технология разбиения информации на пакеты. Эти пакеты движутся в пункт назначения по своим маршрутам с помощью маршрутизаторов.

Глобальная компьютерная сеть Интернет

История возникновения Интернет

История зарождения всемирной компьютерной сети относится к 1958 году, когда впервые в США при Министерстве обороны было создано Агентство Передовых Исследовательских Проектов (ARPA), которое стало заниматься вопросами безопасной связи и коммуникаций.

Уже в 1961 году Леонардом Клейнроком в Массачусетском технологическом институте была описана технология разбивки информации на части и передача ее через сеть.

Достаточно детальная концепция работы компьютерной сети была предложена Джоном Ликлидером в 1963 году, который руководил компьютерной лабораторией ARPA.

Создание первой компьютерной сети, которая называлась ARPAnet в США, приходится на 1969 год. В этот год произошло одно из самых знаменательных событий в развитии компьютерных сетей, американский профессор Клейнрок провел эксперимент передачи небольшого сообщения из университета Лос-Анджелиса в университет Сан-Франциско. Профессор передавал только одно слово LOG (подключиться) по одной букве. Хотя на последней букве компьютер завис, и связь прервалась, это уже был прорыв в передаче информации на расстояние по компьютерной сети.

В последствии сеть ARPAnet стала очень популярной, и к ней с 1974 года начали подключаться университеты и институты США, а затем и других стран Мира.

В 1976 году Робертом Меткалфом, сотрудником фирмы Xerox, были разработаны способы организации работы в локальной компьютерной сети (среда Ethernet).

Появление современного Интернет приходится на 1982 год, когда был создан единый сетевой протокол TCP/IP. Огромную роль в разработке этого протокола сыграли Винтон Серф и Роберт Кан.

Развитие Интернет сопровождалось и другими замечательными событиями, о которых мы расскажем в дальнейшем. Многие международные эксперты считают, что наибольшее проникновение Интернет на сегодняшний день в Японии. В этой стране сетью Интернет пользуются каждые девять из десяти человек.

В настоящее время Интернет бурно развивается. Уже к 2007 году число Интернет-пользователей достигнет отметки в 1,35 млрд. человек. Больше всего таких пользователей будет в Китае, они составят примерно 20% от общего числа пользователей во всем Мире. При этом максимальное проникновение Интернета имеет место в Южной Корее — 74% пользователей, в Скандинавских странах — 68%, в Австралии — 66%, США и Канаде — 64%. В Беларуси в настоящее время насчитывается около 15% —20% пользователей Интернет.

Основные возможности и службы сети Интернет

Компьютерная сеть Интернет предоставляет пользователю доступ к огромным информационным ресурсам. В сети Интернет множество полезной научной информации и информации образовательного характера, например, электронные фонды и каталоги крупнейших библиотек и музеев мира, научные базы данных и поисковые системы, сведения о достижениях крупных научных и образовательных центров, научные статьи, рефераты и т.д. В сети Интернет размещается информация, в которой отражаются политические события, новости бизнеса, медицины, культуры, спорта, туризма и др. Сегодня с помощью сети Интернет вы можете узнать прогноз погоды, ассортимент товаров в магазинах, курс валют, программы теле и радио передач, прочитать многие электронные газеты и журналы. Сеть Интернет обеспечивает возможность общения людей письменно, проведение телеконференций и дискуссий, поиск друзей и единомышленников и т. д.
Однако в сети Интернет можно встретить множество бесполезной или поверхностной информации, например, навязчивую рекламу, плохие литературные произведения, сведения, несоответствующие действительным фактам и событиям, мистику и даже пропаганду насилия и др.
Реализация основных возможностей сети Интернет осуществляется через ее службы, которые можно подразделить на следующие группы:
всемирная паутина (WWW);
электронная почта (e-mail);
сетевые новости (Usenet);
средства обмена сообщениями в режиме реального времени (IRC, IP-телефония и др.);
средства передачи файлов документов и программ (FTP).
Служба Всемирной информационной паутины (World Wide Web или WWW) на сегодняшний день это самая популярная и удобная служба Интернет. Эта служба объединяет большинство услуг сети Интернет. Информация Всемирной паутины в основном организована в виде гипертекстовых документов, содержащих не только тексты, но и иллюстрации, фотографии, анимационные картинки и аудио-видео фрагменты. Ссылки гипертекстовых документов могут указывать также на различные другие сервисы и информационные ресурсы Интернет.
Одной из наиболее распространенных и эффективных служб Интернет является электронная почта (Electronic Mail или e-mail), которая выполняет две большие группы услуг: коммуникационные – связывает людей друг с другом, и информационные – обеспечивает обмен электронными сообщениями (письмами) между ними в любых точках земного шара.
Служба сетевых новостей (Usenet) обеспечивает пользователям сети пересылку сообщений на специальные электронные форумы или конференции, в которых они высказываются по определенным волнующим их вопросам. Посланное пользователем сообщение распространяется в сети и становится доступным всем участникам групповой дискуссии. В дискуссионных группах, которые можно назвать своеобразными клубами по интересам, пересылаемые сообщения могут быть контролируемые и неконтролируемые. В контролируемых группах новостей посланное пользователем сообщение проверяется человеком (модератором) на соответствие его тематике и правилам данной группы новостей. Если тематика пользователем соблюдена, а сообщение не противоречит правилам группы, оно публикуется и становится доступным для прочтения в сети. Служба сетевых новостей позволяет организовать списки рассылки. Электронное сообщение, попавшее в список рассылки, затем отправляется ко всем пользователям сети, подписавшимся на этот список. Тематика группы новостей обычно определяется ее названием, например, talk - разговоры на общие темы, music – объединения любителей музыки, comp - обсуждение вопросов, относящихся к компьютерной тематике и др.

Средства обмена сообщениями в режиме реального времени обеспечивают ведение письменного разговора (диалога) (Internet Relay Chat - IRC) между пользователями сети в реальном времени, а также позволяют вести интерактивный диалог, во время которого беседующие слышат, говорят и даже могут видеть друг друга (IP-телефония).

Средства передачи файлов документов и программ (File Transfer

Protocol – TP) позволяют обмениваться файлами документов и программами в Интернет. Данная служба полезна в тех случаях, когда нам необходимо получить (скачать) нужную нам компьютерную программу, файл по определенной тематике.

В дальнейшем мы рассмотрим с вами более подробно некоторые из основных служб Интернет: Всемирную паутину (WWW), электронную почту (e-mail) и средства обмена сообщениями в режиме реального времени (IRC и IP-телефонию).

Программное обеспечение и адресация в Интернет

Базой программного обеспечения работы компьютеров в сети являются операционные системы. Нам уже известно, что операционные системы Windows 2000, Windows XP, Linux и другие имеют встроенную поддержку работы в компьютерной сети.

Все остальное сетевое программное обеспечение условно может быть разделено на две большие группы:

программное обеспечение компьютеров серверов;

программное обеспечение компьютеров клиентов.

Сетевое программное обеспечение компьютеров серверов обеспечивает выполнение услуг, предоставляемых сервером клиентам, например, поддержка работы электронной почты, сервисы Всемирной паутины и др.

Наибольший интерес у пользователя вызывает программное обеспечение компьютеров клиентов, с которыми ему приходится работать лично. К такому программному обеспечению относятся:

программы клиенты для осуществления навигации в сети Интернет, которые называются браузерами (от англ. слова browser, что в переводе на рус.. язык означает листальщик или просмотрщик), например, Microsoft Internet Explorer, Netscape Communicator и др.;

программы почтовые клиенты, например, Microsoft Outlook Express, The Bat и др;

программы для обеспечения общения пользователей в компьютерной сети ICQ, Skype и др.

С порядком работы некоторых таких программ мы познакомимся в дальнейшем.

К программному обеспечению работы компьютерной сети относятся сетевые протоколы, определяющие формат и необходимые действия при передаче и приеме сообщений между различными устройствами компьютерной сети. Наиболее важными протоколами в сети Интернет являются протокол TCP (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей) и протокол IP (Internet Protocol – межсетевой Интернет протокол).

Протокол TCP предназначен для установки логического соединения между компьютерами клиентов и сервером и контролирует надежную доставку электронных сообщений в пункты назначения.

Протокол IP определяет формат передачи данных и обеспечивает организацию транспортировки электронных сообщений по сети в пункты назначения по определенным маршрутам.

Протоколы TCP и IP тесно взаимосвязаны, поэтому в сети Интернет их объединяют и говорят о едином протоколе передачи данных TCP/IP.

Минимальная структура сети Интернет – это локальная сеть, за которой закрепляется определенный адрес. Адрес локальной сети не изменяется, но сама локальная сеть может расширяться за счет подключения к ней новых компьютеров или наоборот сокращаться.

Согласно Интернет протоколу локальная сеть имеет свой IP- адрес.

Каждый IP-адрес является уникальным и состоит из четырех натуральных десятичных чисел (от 0 до 255), разделенных точкой, например, 244.121.188.201 или 126.23.205.102.

Однако цифровые IP-адреса не являются для людей достаточно удобными. Поэтому в сети Интернет создана другая система адресации Доменная система имен (Domain Name System –DNS), связанная с цифровой системой. В Доменной системе имен адрес разделяется на несколько буквенных доменов (полей). При этом количество доменов и число букв в них обычно не ограничены.

В доменных именах применяется принцип последовательных уточнений. Домен первого уровня находится в крайней правой части адреса, где может указываться двухбуквенный индекс страны, например,.by – Беларусь,.ru – Россия,.pl – Польша, например,

natlib.org.by; www.bsu.by; www.yandex.ru; www.e-warsaw.pl

Индекс страны для доменной системы утверждается в глобальном масштабе. Примеры индексов некоторых стран приведены в таблице:

Индекс страны	Название страны
.jp	Япония
.in	Индия
.cn	Китай
.us	США
.de	Германия
.fr	Франция
.sy	Сирия
.uk	Великобритания
.uа	Украина

Левее индекса страны обычно размещаются поле, содержащее название города grodno - Гродно, профиль учреждения (правительственное - gov, образовательное - edu, коммерческое - com или др.), далее может следовать название учреждения, например, mfa – Министерство иностранный дел Беларуси или tractors – тракторный завод и т.д. Последнее справа поле доменного адреса может содержать имя компьютера.

Заметим, что домен первого уровня необязательно может начинаться с индекса страны, например,

www.google.com или ftp.ncsa.uiuc.edu.

IP- адреса часто сравнивают с почтовыми индексами, которые удобны для автоматической обработки. Для пересылки информации все доменные имена с помощью серверов переводятся в IP- адреса (цифровой вид). В цифровом виде в сети Интернет выполняется поиск пунктов доставки для организации маршрута пересылки.

Подключение к компьютерной сети Интернет

Подключение к компьютерной сети Интернет может осуществляться различными способами. Наиболее распространенными из них являются:

подключение компьютеров к сети по телефонной линии (коммутируемый доступ);

подключение к сети по специальному каналу связи (выделенной линии) оконечных систем (хостов) организаций и предприятий;

беспроводное (мобильное) подключение к сети различных оконечных систем (хостов).

При подключении домашних персональных компьютеров к Интернет используются модем и телефонная линия с выходом на регионального Интернет-провайдера. Ранее в курсе информатики мы уже знакомились с назначением модема.

Модем – это устройство, преобразующее данные компьютера для передачи их по телефонной сети и наоборот

При выборе модема следует знать, что они бывают внешние и внутренние. На сегодняшний день скорость приема и передачи данных с помощью модема определяется диапазоном от 33 до 56 Кбит/с (килобит в секунду).

По команде с компьютера модем подключается к телефонной линии и набирает номер телефона регионального провайдера. После некоторого ожидания, если телефонная линия не занята, устанавливается соединение с модемом провайдера. В дальнейшем с помощью обмена специальными сигналами модемы согласуют обмен информацией.

При выборе провайдера следует поинтересоваться пропускной способностью внешнего (магистрального) канала связи, которым он располагает, а также доступностью телефонного номера, по которому будут производиться звонки. Провайдеру необходимо иметь многоканальный телефон, а скорость по магистральному каналу связи провайдера должна быть достаточно высокой, например, 30-60 Мбит/с (мегабит в секунду) и выше. Чем больше пользователей подключаются к провайдеру, тем больше должна быть пропускная способность магистрального канала. Многие провайдеры для подключения к Интернет выпускают Интернет-карты, которые могут быть приобретены на почте, в магазине или в офисе самого провайдера. В Интернет-карте обычно представлены имя (логин) и пароль, указав которые, пользователь сможет подключиться к серверу провайдера, а затем получить доступ к сети Интернет.

Во многих организациях и предприятиях подключение к сети Интернет выполняется при помощи локальной сети, которая объединяет оконечные системы (хосты) данного учреждения. При этом персональные компьютеры такого учреждения, подключаемые к локальной сети, должны иметь сетевую плату. С помощью локальной сети оконечные системы подключаются к маршрутизатору. Для подсоединения хостов к маршрутизатору могут использоваться различные кабели, например, медная витая пара, коаксиальный кабель, либо такое подключение может быть беспроводным. Скорость передачи данных при такой организации подключения может быть в диапазонах от 10 Мбит/с до 100 Мбит/с.

Беспроводный доступ подключения к сети Интернет обеспечивает пользователю через беспроводную локальную сеть обмен информацией на расстоянии десятков километров.

В настоящее время при подключении к Интернет также используются спутниковые антенны, связывающие пользователя с низкоорбитальными спутниками. Подключение может выполняться и с использованием кабельного телевидения и др.

Всемирная информационная паутина Word Wide Web

Создание Всемирной информационной паутины (WWW) было вызвано необходимостью объединения различных услуг сети Интернет и возможности расширения доступа к информационным ресурсам сети.

В 1991 году группа исследователей Европейской физической лаборатории CERN в Швейцарии создала систему, которая обеспечила доступ к различной информации физикам по всему миру. Во главе этих работ стоял Тим Бернерс Ли, который стал родоначальником WWW.

Документы, с которыми позволяет работать служба WWW, содержат гипертекстовую информацию. С понятием гипертекста мы знакомились с вами ранее в 9 классе.

Напомним, что под гипертекстом понимается такой способ организации информации, внутри которой присутствуют гиперссылки. Гиперссылки могут указывать на информацию внутри документа, а также позволяют связать данный документ с различными информационными ресурсами сети Интернет: файлами, другими гипертекстовыми документами, содержащими текст, графические изображения, анимацию, видео и аудио информацию и др. Гиперссылки могут быть оформлены в виде текста или графического изображения.

Документ, содержащий объекты (текст, графику, гиперссылки, аудиоклипы), расположение которых описывается в специальном формате HTML (HyperText Markup Language – язык разметки гипертекстовых документов), называют веб-страницей (web-страницей).

Чтобы посмотреть, куда указывает гиперссылка на веб-странице, достаточно щелкнуть по ней правой клавишей мыши и из появившегося контекстного меню выбрать пункт Свойства для открытия одноименного окна, содержащего требуемую информацию.

Набор взаимосвязанных веб-страниц, объединенных общими целями и задачами, называется сайтом.

При работе с веб-страницами во Всемирной паутине используется протокол передачи гипертекста HTTP (HyperText Transfer Protocol), который определяет формат и порядок обмена сообщениями между клиентом и сервером. Несмотря на название с помощью протокола HTTP могут передаваться практически любые данные: графика, видео и др.

Рассматривая сайт, как совокупность веб-страниц, заметим, что в нем обычно существует главная веб-страница, которая может содержать ссылки на другие веб-страницы сайта. Так как все эти веб-страницы хранятся на компьютере, то для организации доступа к ним одного доменного имени DNS мало. В связи с этим необходим специальный адрес, который называется универсальным указателем ресурса - URL (Uniform Resource Locator).

Структура записи адреса URL имеет следующий вид:

[тип протокола]://[доменное имя компьютера]/[путь к файлу ]

Например, структура URL адреса на веб-страницу содержит http - имя протокола HTTP, затем после обязательных значков //: записывается доменное имя – tournwes.com.by, а следом может быть прописан путь к файлу с указанием его имени – /offer/step.htm..

Для просмотра гипертекстовых документов используются адреса URL. URL-адреса веб-страниц могут со временем изменяться, а некоторые информационные ресурсы прекращать свое существование в сети Интернет.

Дата добавления: 2015-08-28