Локальные и глобальные сети эвм
Существуют два основных типа сетей: локальная сеть (Local Area Network — LAN), в которой компьютеры расположены приблизительно в одном и том же месте, например, в одной организации или в одном здании, и глобальная сеть (Wide Area Network — WAN), в которой компьютеры удалены на значительные расстояния. Глобальные сети часто являются сетями сетей, объединяющими несколько локальных сетей в одну. Сейчас появилась еще одна разновидность сетей — так называемая городская сеть (Metropolitan Area Network — MAN), которая является своеобразным гибридом локальной и глобальной. В связи со все более и более увеличивающимися скоростями передачи данных эта сеть получает большое распространение.
Компьютерные сети развивались довольно бурно и быстро. В зависимости от типа сети компьютеры поначалу соединялись с помощью телефонного или коаксиального кабеля (аналогичным кабелем подключается телевизор к внешней антенне). Сейчас практически везде в локальных сетях используется медный кабель, который часто называют «витая пара», либо оптический кабель. Витая пара — это, попросту говоря, несколько пар скрученных проводов, помещенных в один общий кабель. Этот кабель обычно экранирован и изолирован от внешних воздействий: электромагнитных волн и т.п..
По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.
По типу среды передачи сети разделяются на:
проводные (на коаксиальном кабеле, на витой паре, оптоволоконные);
беспроводные с передачей информации по радиоканалам или в инфракрасном диапазоне.
По способу организации взаимодействия компьютеров сети делят на одноранговые и с выделенным сервером (иерархические сети).
По технологии использования сервера различают сети с архитектурой файл-сервер и сети с архитектурой клиент-сервер.
Краткая история развития компьютерных сетей
Компьютерные сети появились в результате развития телекоммуникационных технологий и компьютерной техники. То есть появились компьютеры. Они развивались. Были телекоммуникационные системы, телеграф, телефон, то есть связь. И вот люди думали, хорошо было бы если бы компьютеры могли обмениваться информацией между собой. Эта идея стала основополагающей идеей благодаря которой появились компьютерные сети.
50-е годы: мейнфреймы
В 50-х года 20-го века появились первые «компьютеры» — мейнфреймы. Это были большие вычислительные машины которые могли занимать по площади современный спортивный зал. Вычислительные мощности были не большие, но факт в том что вычисления уже производила машина.
Начало 60-х годов: многотерминальные системы
В дальнейшем к одному мейнфрейму стали подключать несколько устройств ввода-вывода, появился прообраз нынешних терминальных систем да и сетей в целом.
70-е годы: первые компьютерные сети
?0-е годы, время холодной войны. СССР и США сидели возле своих ракет и думали кто же атакует (или не атакует) первым. Центры управления ракетами США располагались в разных местах удаленных друг от друга. Если в одном центре производится запуск ракет, после которого в центр попадает ракета врага, то вся информация в этом центре — утеряна. Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)) ставит перед учеными задачу — разработать технологию которая позволяла бы передавать информацию из одного стратегического центра в другой на случай его уничтожения.
В 1969 году появляется ARPANET (от англ. Advanced Research Projects Agency Network) — первая компьютерная сеть созданная на основе протокола IP который используется и по сей день. За 11 лет ARPANET развивается до сети способной обеспечить связь между стратегическими объектами вооруженных сил США.
Середина 70-х годов: большие интегральные схемы
На основе интегральных схем появляются «мини компьютеры». Они начинают выходить за пределы министерства обороны и постепенно внедряются в повседневную жизнь. За компьютерами начинают работать бухгалтера, менеджеры, компьютеры начинают управлять производством. Появляются первые локальные сети.
Локальная сеть (Local Area Network, LAN) – объединение компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории. В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую
одной организации.Сетевая технология – согласованный набор программных и аппаратных средств (драйверов, сетевых адаптеров, кабелей и разъемов), а также механизмов передачи данных по линиям связи, достаточный для построения вычислительной сети.
В период с 80-х до начала 90-х годов появились и прочно вошли в нашу жизнь:
- Ethernet.
- Token Ring.
- Arcnet.
- FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — волоконнооптический интерфейс передачи данных.
- TCP/IP используется в ARPANET.
- Ethernet становится лидером среди сетевых технологий.
- В 1991 году появился интернет World Wide Web.
Что такое топология сети?
Под топологией сети понимается расположение элементов в сети. Как и схемы компьютерных сетей, топологии могут описывать либо физические, либо логические аспекты сети. Логическая топология также известна как сигнальная.
Выбор типа топологии определяется в соответствии с условиями конкретной ситуации, поскольку топология может повлиять на производительность, стабильность и другие показатели сети.
Топология «шина»
Этот тип сети, также известный как магистральная, линейная или локальная топология, отличается тем, что все узлы соединены центральной средой («шина»), которая имеет ровно две конечные точки.
Топология «шина» проста в настройке и требует меньше кабеля по сравнению с некоторыми другими типами топологии. Однако любая неполадка центральной шины приведет к неработоспособности всей сети, а локализовать ее будет сложно.
Топология «кольцо»
Узлы соединены по кругу, а пакеты данных перемещаются между ними по кольцу вплоть до точки назначения.
Кольцевые сети могут быть производительнее сетей с топологией «шина», их легко перенастроить для подключения и отключения устройств в сети. Тем не менее, кольцевые сети также относительно уязвимы, поскольку при отказе хотя бы одного из узлов сети из строя выйдет вся сеть. Кроме того, пропускная способность такой сети распределяется одновременно на все устройства и соединения.
Топология «звезда»
Являясь одной из наиболее распространенных, топология «звезда» представляет собой центральный концентратор или коммутатор, через который проходят все данные, и все периферийные узлы подключены к этому центральному узлу.
Топологии «звезда» в среднем более надежные, поскольку сбой отдельного устройства в такой сети не повлияет на работу сети в целом. Однако в случае сбоя центрального концентратора или коммутатора ни один из подключенных узлов не сможет получить доступ к нему. Кроме того, сети с топологией «звезда», как правило, требуют более высоких затрат на кабель.
Топология «сетка»
Существует два вида топологии «сетка». Первый вид — полносвязная топология, где каждый узел напрямую связан со всеми другими узлами сети.
В неполносвязной топологии узлы связаны только с теми узлами, с которыми они взаимодействуют чаще всего.
В большинстве сетей используется та или иная комбинация описанных топологий, и в таком случае она называется гибридной. Например, топология «дерево» объединяет в себе топологии «шина» и «сетка».
Логическая и физическая топология конкретной сети могут быть схожими или совершенно разными. Например, локальная сеть Ethernet с кабелем витая пара физически реализуется в виде топологии «звезда», а логически следует топологии «шина».
4. Как устроен Интернет
Глобальная сеть — это сеть, предназначенная для объединения большого числа отдельных компьютеров и локальных сетей, расположенных на значительном удалении (сотни и тысячи километров) друг от друга.
Глобальные сети ориентированы на обслуживание неограниченного круга пользователей. Самый впечатляющий пример глобальной сети — Интернет.
Интернет — это глобальная компьютерная сеть, в которой многочисленные научные, корпоративные, государственные и другие сети, а также персональные компьютеры отдельных пользователей соединены между собой каналами передачи данных.
Основой аппаратной структуры сети Интернет можно считать мощные компьютеры (узлы) и связывающие их высокоскоростные магистральные каналы передачи данных. Компьютерный узел, как правило, представляет собой несколько мощных компьютеров, постоянно подключённых к сети. Организации, имеющие в собственности и обслуживающие это оборудование, являются первичными провайдерами (от англ. provider — поставщик) услуг Интернета. Это так называемый, первый уровень доступа к Интернету. К первичным провайдерам присоединяются провайдеры следующих уровней, которые, в свою очередь, обеспечивают доступ к каналам Интернета своим клиентам — провайдерам более низкого уровня, локальным сетям и отдельным пользователям. Надёжность функционирования Интернета обеспечивается наличием большого количества каналов связи между входящими в него сетями.
Интернет является совокупностью сетей, имеющих различную географическую и организационную принадлежность. У каждой из этих сетей может быть владелец, но в целом Интернет не принадлежит никому.
Так как Интернет не имеет единого внешнего управления, его нельзя единовременно выключить целиком.
Координирует развитие Интернета общественная организация Общество Интернета (Internet Society, ISOC).
За каждым компьютерным узлом в Интернете закреплён постоянный адрес, называемый IР-адресом. IP-адреса получают и компьютеры пользователей сети Интернет, но в отличие от адресов узловых компьютеров их адреса действуют лишь во время подключения пользователя к сети и изменяются при каждом новом сеансе связи.
IP-адрес представляет собой 32-битный идентификатор, например: 01010101.10001110.00010011.00011110.
Точками 32-битная цепочка разделена только для более удобного её восприятия человеком, которому в отличие от технических устройств трудно работать с длинными последовательностями нулей и единиц. Именно поэтому в большинстве случаев мы используем запись IP-адреса в виде четырёх разделённых точками десятичных чисел — от 0 до 255 каждое.
Например, десятичная запись представленного выше адреса будет иметь вид: 85.142.19.30.
Интернет является сетью сетей, и система IP-адресации учитывает эту структуру. IP-адрес состоит из двух частей, одна из которых определяет адрес сети, а вторая — адрес самого узла в этой сети. При этом деление адреса на части определяется маской — 32-битным числом, в двоичной записи которого сначала стоят единицы, а потом — нули. Первая часть IP-адреса, соответствующая единичным битам маски, относится к адресу сети. Вторая часть IP-адреса, соответствующая нулевым битам маски, определяет числовой адрес узла в сети.
Адрес сети получается в результате применения поразрядной конъюнкции к IР-адресу узла и маске.
Пример 1. Пусть IP-адрес узла равен 231.165.215.131, а маска равна 255.255.110.0. Требуется выяснить адрес сети.
Чтобы найти адрес сети, применим к IP-адресу узла и маске поразрядную конъюнкцию:
Вспомним, что десятичный ноль может быть представлен цепочкой из восьми нулей, а 25510 = 111111112.
Что касается операции конъюнкции (логического умножения), то для неё справедливы следующие равенства: А & 1 = А, А & 0 = 0, где А — некоторая логическая переменная.
На этом основании, пропустив этап преобразования операндов в двоичную систему счисления, можем заключить:
1) результатом поразрядной конъюнкции любого целого числа А (от 0 до 25510) и числа 25510 будет само А;
2) результатом поразрядной конъюнкции любого целого числа А (от 0 до 25510) и числа 0 будет число 0.
Для выполнения поразрядной конъюнкции чисел 21510 и 11010 переведём их в двоичную систему счисления.
Вспомнить возможные способы перевода целых десятичных чисел вам помогут следующие записи.
11010 = 64 + 32 + 8 + 4 + 2 =11011102 = 011011102.
Выполним поразрядную конъюнкцию:
Выполним перевод двоичного числа 01000110 в десятичную систему счисления:
Запишем искомый адрес сети: 231.165.70.0
Пример 2. Для узла с IP-адресом 227.195.208.12 адрес сети равен 227.195.192.0. Какой в этом случае может быть маска?
Так как адрес сети получается в результате применения поразрядной конъюнкции к IP-адресу узла и маске, то мы можем записать:
Мы видим, что 1-й и 2-й байты маски — единичные, а 4-й байт — нулевой. Будем «реконструировать» 3-й байт маски.
Если 3-й байт маски представить в виде хххххххх2, то можно записать:
Первая, вторая и четвёртая слева цифры, принадлежащие рассматриваемому байту маски, определяются однозначно и равны соответственно 1, 1 и 0:
Из того, что маска — 32-битное число, в двоичной записи которого сначала стоят единицы, а потом — нули, следует, что после нуля, стоящего на четвёртом месте, могут следовать только нули:
Так как 0 & х = 0 при любом х, то для третьего байта маски возможны два варианта:
1) 110000002 = 19210, вся маска: 255.255.192.0;
2) 111000002 = 22410, вся маска: 255.255.224.0.
Мы рассмотрели структуру адреса по так называемому протоколу IPv4, согласно которому IP-адрес имеет длину 32 бита. Таких адресов достаточно много — более 4 миллиардов (2 32 — 1 = 4 294 967 295).
По данным Международного союза электросвязи (пресс-релиз 26 мая 2015 года) при населении Земли в 7,2 миллиарда человек 3,2 миллиарда из них являются пользователями Интернета. Это говорит о том, что запас четырёхбайтовых адресов уже фактически исчерпан.
В связи с этим разработан протокол IPv6, согласно которому IP-адрес имеет длину 128 бит. Возможное пространство адресов при этом столь огромно, что может обеспечить 300 миллионов IP-адресов на каждого жителя Земли!
Согласно протоколу IPv6, адрес представляет собой цепочку из 128 нулей и единиц, разделённую на области по 16 бит.
Например:
0010000111011010.0000000011010011.0000000000000000.0000000000000000.0000001010101010.0000000011111111.1111111000101000.1001110001011010.
Каждая 16-разрядная область двоичного кода преобразуется в шестнадцатеричный код (вспомните «быстрый» перевод целых двоичных чисел в шестнадцатеричную систему счисления с помощью тетрад). Полученные группы из четырёх шестнадцатеричных цифр разделяются двоеточиями. Шестнадцатеричная запись рассмотренного выше адреса будет иметь вид:
21DA:00D3:0000:0000:02AA:00FF:FE28:9C5A.
Если одна или более групп подряд равны 0000, то они могут быть опущены и заменены на двойное двоеточие:
21DA:00D3::02AA:00FF:FE28:9C5A.
Запись адреса в новом стандарте также можно представить восьмью целыми десятичными числами в диапазоне от 0 до 65 535 каждое, разделёнными двоеточием.
Наряду с цифровыми IP-адресами в Интернете действуют более удобные и понятные для пользователей символьные адреса.
Например, IР-адресу 87.242.99.97 соответствует символьный адрес metodist.lbz.ru. В отличие от числового этот символьный адрес говорит пользователю о его принадлежности российскому сегменту сети (ru); возможно, некоторые пользователи узнают в нём адрес издательства «БИНОМ. Лаборатория знаний» (lbz) и поймут, что речь идёт о методической поддержке учебного процесса (metodist).
Адрес, представляющий собой символьную строку, составленную из разделённых точками слов или их сокращений, называется доменным именем.
Доменные имена имеют серверы Интернета. Каждый компьютер, подключаемый к Интернету, получает IP-адрес, но при этом он может не иметь доменного имени.
Система доменных имён DNS (Domain Name System) имеет древовидную структуру. Узлы этой структуры называются доменами.
Домен (от фр. dominion — область) — узел в дереве имён, вместе со всеми подчинёнными ему узлами, иначе говоря, это именованная ветвь или поддерево в дереве имён.
Часть доменного имени, записанная после последней точки, является доменом верхнего уровня. Домены верхнего уровня определены международным соглашением. Они делятся на два вида:
1) административные (по типу организации), например: gov, edu, org, com;
2) географические, например: ru, by, су, uk.
Владельцем домена может быть страна, регион, организация или отдельный человек. Обычный пользователь не может зарегистрировать домен верхнего уровня, но может зарегистрировать домен, например, второго или третьего уровня. Каждый домен любого уровня может содержать множество подчинённых доменов.
Структура доменного имени отражает порядок следования узлов в иерархии: доменное имя читается слева направо от доменов низшего уровня к доменам высшего уровня. Чем «выше» уровень домена, тем правее он записывается в имени.
Для преобразования доменного имени в IP-адрес и наоборот служит распределённая база данных DNS, функционирующая на основе иерархии DNS-серверов, каждый из которых является «держателем» некоторой доменной зоны и отвечает на касающиеся её запросы. Каждый сервер, отвечающий за доменную зону, может делегировать ответственность за некоторую часть домена другому серверу, что позволяет возложить ответственность за актуальность информации на серверы различных организаций (людей), отвечающих только за «свою часть» доменного имени.
DHCP — сервер и подсети
Чтобы подключить устройство, например, компьютер к интернету вы обычно просто подключаете провод (витую пару) в компьютер и далее в свободный порт на роутере, после чего компьютер автоматически получает ip-адрес и появляется выход в интернет.
Также и с Wi-Fi, например со смартфона или ноутбука, вы подключаетесь к нужной вам сети, вводите пароль, устройство получает ip-адрес и у вас появляется интернет.
А что позволяет устройству получить локальный ip-адрес автоматически?
Эту функцию выполняет DHCP-сервер.
Каждый роутер оснащен DHCP-сервером. IP-адреса, полученные автоматически являются динамическими ip-адресами.
Потому что, при каждом новом подключении или перезагрузки роутера, DHCP-сервер тоже перезагружается и может выдать устройствам разные ip-адреса.
То есть, например, сейчас у вашего компьютера ip-адрес 192.168.1.10, после перезагрузки роутера ip-адрес компьютера может стать 192.168.1.35
Чтобы ip-адрес не менялся, его можно задать статически. Это можно сделать, как на компьютере в настройках сети, так и на самом роутере.
А также, DHCP-сервер на роутере вообще можно отключить и задавать ip-адреса вручную.
Можно настроить несколько DHCP-серверов на одном роутере. Тогда локальная сеть разделится на подсети.
Например, компьютеры подключим к нулевой подсети в диапазон 192.168.0.2-192.168.0.255, принтеры к первой подсети в диапазон 192.168.1.2-192.168.1.255, а Wi-Fi будем раздавать на пятую подсеть с диапазоном 192.168.5.2-192.168.5.255 (см. схему ниже)
Обычно, разграничение по подсетям производить нет необходимости. Это делают, когда в компании большое количество устройств, подключаемых к сети и при настройке сетевой безопасности.
Но такая схема в компаниях встречается довольно часто.
Поэтому обязательно нужно знать очень важный момент.
Внимание!
Если вам необходимо с ПК зайти на web-интерфейс, например, принтера или ip-телефона и при этом ваш ПК находится в другой подсети, то подключиться не получится.
Для понимания разберем пример:
Допустим вы работаете за ПК1 с локальным ip-адресом 10.10.5.2 и хотите зайти на web-интерфейс ip-телефона с локальным ip-адресом 192.168.1.3, то подключиться не получится. Так как устройства находятся в разных подсетях. К ip-телефона, находящиеся в подсети 192.168.1.X, можно подключиться только с ПК3 (192.168.1.5).
Также и к МФУ (172.17.17.10) вы сможете подключиться только с ПК4 (172.17.17.12).
Поэтому, когда подключаетесь удаленно к пользователю на ПК, чтобы зайти на web-интерфейс ip-телефона, то обязательно сначала сверяйте их локальные ip-адреса, чтобы убедиться, что оба устройства подключены к одной подсети.
Структура «кольцо»
Кольцевую схему (топологию) локальной сети в некотором смысле можно назвать морально устаревшей. На сегодняшний день она не используется практически ни в одной сетевой структуре (разве что только в смешанных типах). Связано это как раз с самими принципами объединения отдельных терминалов в одну организационную структуру.
Компьютеры друг с другом соединяются последовательно и только одним кабелем (грубо говоря, на входе и на выходе). Конечно, такая методика снижает материальные затраты, однако в случае выхода из строя хотя бы одной сетевой единицы нарушается целостность всей структуры. Если можно так сказать, на определенном участке, где присутствует поврежденный терминал, передача (прохождение) данных попросту стопорится. Соответственно, и при проникновении в сеть опасных компьютерных угроз они точно так же последовательно проходят от одного терминала к другому. Зато в случае присутствия на одном из участков надежной защиты вирус будет ликвидирован и дальше не пройдет.
