Стандартные технологии объединения компьютеров в сети появились

Стандартные технологии объединения компьютеров в сети появились

КНИГИ 424706 АВТОРЫ 130043 СЕРИИ 44022 ЖАНРЫ 507 ГОРОДА 1157 ИЗДАТЕЛЬСТВА 16570 ТЕГИ 345773 СТАТЬИ 673

Первые глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от телефонных сетей. В них часто использовались уже существующие и не очень качественные линии связи, что приводило к низким скоростям передачи данных и ограничивало набор предоставляемых услуг передачей файлов в фоновом режиме и электронной почтой.

Сети LAN ограничены расстояниями в несколько километров; они строятся с использованием высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя более простые методы передачи данных, чем в глобальных сетях, достигать высоких скоростей обмена данными — до нескольких гигабитов в секунду. Услуги предоставляются в режиме подключения и отличаются разнообразием.

Сети MAN предназначены для обслуживания территории крупного города. При достаточно больших расстояниях между узлами (десятки километров) они обладают качественными линиями связи и поддерживают высокие скорости обмена. Сети MAN обеспечивают экономичное соединение локальных сетей между собой, а также доступ к глобальным сетям.

Важнейший этап в развитии сетей — появление стандартных сетевых технологий: Ethernet, FDDI, Token Ring, позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов.

В конце 80-х годов локальные и глобальные сети имели существенные отличия по протяженности и качеству линий связи, сложности методов передачи данных, скорости обмена данными, разнообразию предоставляемых услуг и масштабируемости. В дальнейшем в результате тесной интеграции LAN, WAN и MAN произошло взаимопроникновение соответствующих технологий.

Вопросы и задания

2. Какие свойства многотерминальной системы отличают ее от компьютерной сети?

3. Когда впервые были получены значимые практические результаты по объединению компьютеров с помощью глобальных связей?

4. Что такое ARPANET?

5. Какое из следующих событий произошло позже других:

а) изобретение Web;

б) появление стандартных технологий LAN;

в) начало передачи голоса в цифровой форме по телефонным сетям.

6. Какое событие послужило стимулом к активизации работ по созданию LAN?

7. Когда была стандартизована технология Ethernet?

8. По каким направлениям идет сближение компьютерных и телекоммуникационных сетей.

9. Поясните термины «мультисервисная сеть», «инфокоммуникационная сеть», «интеллектуальная сеть».

10. Поясните, почему сети WAN появились раньше, чем сети LAN.

11. Найдите исторические связи между технологией Х.25 и сетью ARPANET, пользуясь источниками информации в Интернете.

12. Считаете ли вы, что история компьютерных сетей может быть сведена к истории Интернета? Обоснуйте свое мнение.

ГЛАВА 2 Общие принципы

построения сетей

Когда вы приступаете к изучению конкретных технологий для сетей LAN, WAN и MAN, таких как Ethernet, IP или ATM, то очень скоро начинаете понимать, что у этих технологий есть много общего. При этом они не являются тождественными, в каждой технологии и протоколе есть свои особенности, так что нельзя механически перенести знания из одной технологии в другую.

Изучение общих принципов построения компьютерных сетей поможет вам в дальнейшем быстрее «разбираться» с любой конкретной сетевой технологией. Однако известное высказывание «Знание нескольких принципов освобождает от запоминания множества фактов» не стоит воспринимать буквально — хороший специалист, конечно же, должен знать множество деталей и фактов. Знание принципов позволяет систематизировать эти частные сведения, связать их друг с другом в стройную систему и тем самым использовать более осознано и эффективно. Конечно, изучение принципов перед изучением конкретных технологий — задача непростая, особенно для читателей с практическим складом ума. Кроме того, всегда есть опасность неверного понимания какого-нибудь общего утверждения без проверки его в практической реализации. Поэтому мы просим читателей поверить нам пока на слово, что игра стоит свеч, а также последовать нашему совету: в ходе изучения материала последующих глав книги время от времени мысленно возвращайтесь к теоретическим вопросам и проверяйте себя, так ли вы понимали те или иные механизмы, когда изучали их впервые.

В этой главе мы рассмотрим такие фундаментальные понятия сетевых технологий, как коммутация и маршрутизация, мультиплексирование и разделение передающей среды. Мы познакомимся также с общими подходами, применяющимися при адресации узлов сети и выборе топологии.

Простейшая сеть из двух компьютеров

Совместное использование ресурсов

Исторически главной целью объединения компьютеров в сеть было разделение ресурсов: пользователи компьютеров, подключенных к сети, или приложения, выполняемые на этих компьютерах, получают возможность автоматического доступа к разнообразным ресурсам остальных компьютеров сети, к числу которых относятся:

□ периферийные устройства, такие как диски, принтеры, плоттеры, сканеры и др.;

□ данные, хранящиеся в оперативной памяти или на внешних запоминающих устройствах;

□ вычислительная мощность (за счет удаленного запуска «своих» программ на «чужих» компьютерах).

Чтобы обеспечить пользователей разных компьютеров возможностью совместного использования ресурсов сети, компьютеры необходимо оснастить некими дополнительными сетевыми средствами.

Рассмотрим простейшую сеть, состоящую из двух компьютеров, к одному из которых подключен принтер (рис. 2.1). Какие дополнительные средства должны быть предусмотрены в обоих компьютерах, чтобы с принтером мог работать не только пользователь компьютера Б, к которому этот принтер непосредственно подключен, но и пользователь компьютера Л?

Рис. 2.1. Простейшая сеть Компьютер А Компьютер В Принтер

Сетевые интерфейсы

Интерфейс — в широком смысле — формально определенная логическая и/или физическая граница между взаимодействующими независимыми объектами. Интерфейс задает параметры, процедуры и характеристики взаимодействия объектов.

Разделяют физический и логический интерфейсы.

□ Физический интерфейс (называемый также портом) — определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов. Обычно он представляет собой разъем с набором контактов, каждый из которых имеет определенное назначение, например, это может быть группа контактов для

КНИГИ 424706 АВТОРЫ 130043 СЕРИИ 44022 ЖАНРЫ 507 ГОРОДА 1157 ИЗДАТЕЛЬСТВА 16570 ТЕГИ 345773 СТАТЬИ 673

Системы пакетной обработки

Обратимся сначала к компьютерному корню вычислительных сетей. Первые компьютеры 50-х годов — большие, громоздкие и дорогие — предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Часто эти монстры занимали целые здания. Такие компьютеры не были предназначены для интерактивной работы пользователя, а применялись в режиме пакетной обработки.

Системы пакетной обработки, как правило, строились на базе мэйнфрейма — мощного и надежного компьютера универсального назначения. Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр (см. рис. ниже). Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день. Таким образом, одна неверно набитая карта означала как минимум суточную задержку. Конечно, для пользователей интерактивный режим работы, при котором можно с терминала оперативно руководить процессом обработки своих данных, был бы удобней. Но интересами пользователей на первых этапах развития вычислительных систем в значительной степени пренебрегали. Во главу угла ставилась эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины — процессора, даже в ущерб эффективности работы использующих его специалистов.

Общие принципы построения сетей

Со временем основной целью компьютерных развития сетей (помимо передачи информации) стала цель распределенного использования информационных ресурсов:

1. Периферийных устройств: принтеры, сканеры и т. д.
2. Данных хранящихся в оперативной памяти устройств.
3. Вычислительных мощностей.

Достичь эту цель помогали сетевые интерфейсы. Сетевые интерфейсы это определенная логическая и/или физическая граница между взаимодействующими независимыми объектами.

Сетевые интерфейсы разделяются на:

• Физические интерфейсы (порты).
• Логические интерфейсы (протоколы).

Из определения обычно ничего не ясно. Порт и порт, а что порт?

Начнем с того что порт это цифра. Например 21, 25, 80.

Это число записывается в заголовках протоколов транспортного уровня (об этом ниже). Порт указывает для какой программы предназначен тот или иной пакет (грубо говоря та или иная информация). Например, http-сервер работает через порт 80. Когда вы открываете браузер, вы отправляете запрос на веб-сервер через 80 порт и сервер понимает что это http запрос и вам нужен сервер который передаст вам страницу в формате html (ответ сервера).

Протокол

Протокол, например TCP/IP это адрес узла (компьютера) с указанием порта и передаваемых данных. Например что бы передать информацию по протоколу TCP/IP нужно указать следующие данные:

Адрес отправителя (Source address):
IP: 82.146.49.11
Port: 2049
Адрес получателя (Destination address):
IP: 195.34.32.111
Port: 53
Данные пакета:
…
Благодаря этим данным информация будет передана на нужный узел.

История появления и развития компьютерных сетей

Говоря о компьютерных сетях, сейчас есть две основных их разновидности. Под подключением WAN (Wide Area Network) подразумевают объединение удаленных физически друг от друга компьютеров, а также простой выход в Интернет, в то время как LAN – это закрытая сеть, объединяющая физически близкие компьютеры и способная быть полностью изолированной от каких-либо других соединений.

Однако, на ранних этапах развития компьютеров, нужды в LAN-сетях не было – их заменяли стандартные комплексы из мейнфреймов и терминалов, хотя удаленная передача данных была крайне важным и приоритетным направлением исследований.

Важную роль в развитии сетей сыграло появление персональных компьютеров, унификация их комплектующих и программного обеспечения. Так начали появляться первые сетевые протоколы – это произошло в 80-х годах. К концу века однозначным лидером среди них стал протокол Ethernet, способный обеспечивать скорость передачи данных в первом поколении своего развития со скоростью 10 Мбит/с, а на данный момент поддерживающий скорость передачи, превышающую 1 Гбит/с.

Глобальные сети

Разработка средств и методов передачи информации на большие расстояния сделала возможным появление глобальных сетей.

Глобальная сеть — это объединение компьютеров, расположенных на большом расстоянии, для общего использования мировых инормационных ресурсов.

В настоящее время для обеспечения связи в глобальных сетях выработаны единые правила — технология Интернет. Эти правила устанавливают:

♦ единый способ подключения отдельного компьютера или локальной сети к глобальной;
♦ единые правила передачи данных;
♦ единую систему идентификации компьютера в сети (сетевой адрес).

При создании этой технологии преследовалось несколько целей, однако одной из основных было создание сети, устойчивой к частичным повреждениям. Одним из путей достижения этой цели является разработка технологии децентрализованной обработки информации в сети.

Децентрализация обработки информации достигается следующим образом. Каркас глобальных сетей составляют хост-компь- ютеры, являющиеся мощными узлами связи. Они обеспечивают надежный круглосуточный обмен информацией между пользователями сети. Хост-компьютеры соединяются между собой выделенными телефонными каналами связи, волоконно-оптическими кабелями или беспроводными (спутниковыми) каналами связи. Совокупность хост-компьютеров обеспечивает связь с международными телекоммуникационными сетями. При неисправности одного узла (компьютера) в сети сохраняется возможность обмена информацией между другими компьютерами, так как пакеты данных на пути к компьютеру с нужным адресом автоматически направляются по альтернативному маршруту, в обход аварийного участка. Для получателя информации не имеет значения, каким путем пакеты информации будут доставлены на его компьютер.

Современные глобальные телекоммуникационные сети объединяют десятки, а иногда и сотни хост-компьютеров. В них работают сотни тысяч пользователей. Набор услуг, предоставляемый пользователям в той или иной сети, зависит прежде всего от возможностей сетевого программного обеспечения, установленного на хост-компьютерах.

Для «общения» компьютеров, включенных в сеть, как и для общения людей, нужен специальный язык. Языком, описывающим правила работы сети, является совокупность сетевых протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol — протокол управления передачей/интернет-протокол).

Как передаются данных от одного компьютера к другому?

К программному обеспечению компьютерных сетей относятся прежде всего сетевые операционные системы (ОС).

Сетевая ОС — это ОС со встроенными сетевыми средствами (протоколами, уровнями). Сетевая ОС должна быть многопользовательской — то есть с разделением ресурсов компьютера в соответствии с учетной записью пользователя.

Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимают совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам — протоколам. Сетевой протокол в компьютерных сетях — основанный на стандартах набор правил, определяющий принципы взаимодействия компьютеров в сети. Протокол также задает общие правила взаимодействия различных программ, сетевых узлов или систем и создает таким образом единое пространство передачи.

Протоколы устанавливаются в дипломатии во время общения дипломатов и других официальных лиц для того, чтобы избежать недоразумений. Есть определенные правила этикета, хотя они имеют различия в разных странах мира, правила (протоколы) проведение олимпийских игр, правила переезда перекрестка на автомобильных дорогах и тому подобное.

Выбор протоколов зависит от типа сети. Процесс передачи данных от одного компьютера к другому состоит из нескольких этапов (уровней). Этот процесс включает следующие операции: получение данных от программы пользователя, их сжатие, шифрование, формирование пакетов, на которые разбивается сообщение, установления сеанса связи между компьютером, передающим данные, и тем, что их принимает, транспортировки данных по каналам аппаратуры связи, выбор наиболее эффективного маршрута передачи данных и на последнем этапе — формирование выходного документа из пакетов данных. На каждом этапе используются отдельные протоколы, их совокупность представляет собой набор протоколов.

Протоколы передачи данных — это специальные программы, определяющие правила, по которым кодируются и передаются данные в сети и обеспечивают взаимодействие сети и пользователя. Набором протоколов Интернета является TCP / IP (от англ. Transmission Control Protocol / Internet Protocol).

Протоколы также помогают не допускать ошибок при передаче и получении данных.

В сети Интернет используют такие протоколы доступа к сетевым службам передачи данных:

• НТТР (от англ. Hyper Text Transfer Protocol) — протокол передачи гипертекста;
• FTP (от англ. File Transfer Protocol) — протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя;
• РОР (от англ. Post Office Protocol) — стандартный протокол почтового соединения. Серверы РОР обрабатывают входную электронную почту, а протокол РОР предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ;
• SMTP (от англ. Simple Mail Transfer Protocol) — протокол, который задает набор правил для передачи электронной почты;
• TELNET (от англ. Terminal Network) — протокол удаленного доступа;
• DNS (от англ. Domain Name System) — преобразование доменных имен в IP-адреса;
• TCP (от англ. Transmission Control Protocol) — управление передачей и целостностью пакетов данных;
• DTN (от англ. Delay-Tolerant Networking) — протокол, нечувствительный к большим задержкам сигнала, предназначен для обеспечения сверхдальней космической связи;
• PPP (от англ. Point-to-Point Protocol) — протокол для установления прямой защищенной связи между двумя узлами сети, причём он может обеспечить аутентификацию соединения, шифрование и сжатие данных.

Протокол НТТР используется при пересылке веб-страниц с одного компьютера на другой.

FTP дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.

Сервер SMTP возвращает или подтверждение о приеме почтового сообщения, или сообщение об ошибке, или запрашивает дополнительные данные.

Протокол TELNET дает возможность абоненту работать на любом компьютере сети Интернет как на своем собственном, то есть запускать программы, менять режим работы и тому подобное. На практике возможности лимитируются уровнем доступа, заданным администратором удаленной машины.

Вопросы и задания

1. Что такое компьютерная сеть? Какие возможности она предоставляет?

2. Какие функции выполняет компьютер-сервер в сети? Какой компьютер называют клиентом?

3. По каким основаниям можно классифицировать компьютерные сети?

4. Какую сеть называют одноранговой? Что представляет собой сеть с выделенным сервером?

5. Назовите виды компьютерных сетей по территориальной распространённости.

6. Кроме LAN и WAN по территориальной распространённости выделяют также сети BAN, PAN, CAN и MAN. Найдите в дополнительных источниках информацию об этих сетях и подготовьте о них краткое сообщение.

7. Какие среды передачи данных могут использоваться в компьютерных сетях? Приведите примеры.

8. Выясните, каковы максимальные скорость и расстояние передачи данных, обеспечиваемые в беспроводной сети Wi-Fi. Используйте дополнительные источники информации.

9. Какие аппаратные компоненты компьютерных сетей вам известны?

10. Найдите в дополнительных источниках информацию о функциях, внешнем виде и характеристиках сетевых адаптеров, повторителей, концентраторов, коммутаторов, мостов и маршрутизаторов. Представьте найденную информацию в форме презентации.

11. Музыкальный фрагмент был записан в формате стерео (двухканальная запись), затем оцифрован и сохранён в виде файла без использования сжатия данных. Получившийся файл был передан в город А по каналу связи за 60 секунд. Затем тот же музыкальный фрагмент был повторно записан в формате моно и оцифрован с разрешением в 2 раза выше и частотой дискретизации в 2 раза меньше, чем в первый раз. Сжатие данных не производилось. Полученный файл был передан в город Б. Пропускная способность канала связи с городом Б в 3 раза ниже, чем канала связи с городом А. Сколько секунд длилась передача файла в город Б?

12. Какое программное обеспечение используют в компьютерных сетях? В чём суть клиент-серверного программного обеспечения?

13. Что представляют собой сетевые протоколы? Для чего они нужны?

14. На основе какого стека (набора) протоколов осуществляется передача данных в современных сетях? Назовите его составляющие и опишите их функции.

15. Какая сеть называется локальной?

16. Что такое топология сети? Какие бывают топологии локальной сети? Какая топология является наиболее распространённой в наше время?

17. Исследуйте локальную сеть кабинета информатики в вашей школе. Эта сеть одноранговая или с выделенным сервером? Какая у неё топология? Как организовано подключение к сети Интернет?

18. Какие сети называются глобальными?

19. Что такое Интернет?

20. Составьте «Топ-10» стран по числу пользователей Интернета. Как вы можете объяснить полученные результаты?

21. Что представляет собой IP-адрес в стандарте IPv4? Почему каждое из фигурирующих в нём четырёх десятичных чисел заключено в диапазоне от 0 до 255?

22. Восстановите IP-адрес по его фрагментам:

23. Чему равен адрес сети, если IP-адрес узла равен 211.64.254.139, а маска равна 255.255.240.0?

24. Для узла с IP-адресом 117.191.84.37 адрес сети равен 117.191.80.0. Какой в этом случае может быть маска?

25. Что называется доменным именем? Приведите примеры доменных имён.

26. Назовите виды и приведите примеры доменов верхнего уровня.

27. Объясните назначение DNS-серверов.

28. Каковы основные вехи в истории появления и развития компьютерных сетей? Подготовьте презентацию на эту тему.

29. Найдите в дополнительных источниках информацию и подготовьте небольшое сообщение о Всемирном дне Интернета.