Учитель информатики

Система компьютеров связанных каналами передачи информации называется

Урок 28. Локальные и глобальные компьютерные сети. Как устроен Интернет. IP-адрес компьютера

Ключевые слова:

• сообщение
• канал связи
• компьютерная сеть
• скорость передачи информации
• локальная сеть
• глобальная сеть

1.1. Передача информации

Ранее мы уже говорили о том, что передача информации — один из важнейших информационных процессов. Информация передаётся от источника к приёмнику в форме некоторой последовательности сигналов, символов, знаков. Например, при непосредственном разговоре между людьми происходит передача звуковых сигналов — речи; при чтении текста человек воспринимает графические символы — буквы. Передаваемая последовательность сигналов, символов, знаков называется сообщением.

Канал связи (передачи информации) — это система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений от источника к приёмнику. При непосредственном общении людей информация передаётся с помощью звуковых волн, при разговоре по телефону — с помощью акустических и электрических сигналов, распространяемых по линиям связи, при чтении — с помощью световых волн.

Любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для её передачи по каналу связи, называется кодированием. В настоящее время широко используется цифровая связь, когда передаваемая информация преобразуется в двоичный код.

Недостаточное техническое качество каналов связи и некоторые другие причины могут приводить к искажению передаваемого сигнала и потере информации. Во избежание таких ситуаций передаваемый по линии связи код делают избыточным. За счёт этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Кроме того, в современных системах цифровой связи все сообщения разбиваются на части (пакеты, блоки). Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передаётся вместе с данным блоком. В месте приёма заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, и если она не совпадает с первоначальной суммой, то передача данного блока повторяется.

На протяжении столетий для передачи писем человечество пользовалось услугами почтовой связи; во второй половине XIX века была изобретена технология передачи звука (телефон); с 30-х годов XX века для передачи изображений стал использоваться телефакс. В наши дни для передачи текстов, изображений, звука и многих других видов информации повсеместно используются компьютерные сети — два и более компьютеров, соединённых линиями передачи информации. С появлением компьютерных сетей стало возможным отправить письмо, которое доходит быстрее, чем телеграмма, получить ответ, узнать последние новости, поговорить с другом, сидящим у компьютера за сотни километров, так, будто он находится в соседней комнате, заказать билет на самолёт или номер в гостинице, «скачать» нужную программу, мелодию или фильм.

Важной характеристикой компьютерной сети является скорость передачи информации, или пропускная способность канала. Эта величина определяется как количество информации в битах в секунду (бит/с) и в производных единицах: килобитах в секунду (1 Кбит/с = 1000 бит/с), мегабитах в секунду (1 Мбит/с = 1000 Кбит/с), гигабитах в секунду (1 Гбит/с = 1000 Мбит/с).

Различают локальные и глобальные компьютерные сети.

Первый, физический уровень (physical layer, L1)

Начнем с самого нижнего уровня. Он отвечает за обмен физическими сигналами между физическими устройствами, «железом». Компьютерное железо не понимает, что такое картинка или что на ней изображено, железу картинка понятна только в виде набора нулей и единиц, то есть бит. В данном случае бит является блоком данных протокола, сокращенно PDU (Protocol Data Unit).

Каждый уровень имеет свои PDU, представляемые в той форме, которая будет понятна на данном уровне и, возможно, на следующем до преобразования. Работа с чистыми данными происходит только на уровнях с пятого по седьмой.

Устройства физического уровня оперируют битами. Они передаются по проводам (например, через оптоволокно) или без проводов (например, через Bluetooth или IRDA, Wi-Fi, GSM, 4G и так далее).

Глобальные компьютерные сети

Сети, соединяющие компьютерные сети и отдельные компьютеры, размещенные в разных городах и странах, частях света, называют глобальными (WAN). В глобальных сетях часто используются существующие линии связи, например телефонные, телеграфные, сотовые линии.

Наиболее известной глобальной сетью является Интернет. Интернет также называют сетью сетей. Существуют еще и другие глобальные сети. Например, сети банковских систем, сети авиакомпаний, научных организаций.

Интернет — всемирная система взаимосвязанных компьютерных сетей. Интернет состоит из большого количества локальных и глобальных сетей, связанных между собой с использованием различных проводных и беспроводных технологий. Интернет составляет физическую основу для размещения огромного количества информационных ресурсов и услуг, например www и электронная почта.

Глобальная компьютерная сеть Интернет.

В настоящее время на десятках миллионов компьютеров, подключенных к Интернету, хранится громадный объем информации (сотни миллионов файлов, документов и т. д.) и сотни миллионов людей пользуются информационными услугами глобальной сети.
Интернет — это глобальная компьютерная сеть, объединяющая многие локальные, региональные и корпоративные сети и включающая в себя десятки миллионов компьютеров.
В каждой локальной или корпоративной сети обычно имеется, по крайней мере, один компьютер, который имеет постоянное подключение к Интернету с помощью линии связи с высокой пропускной способностью (сервер Интернета).

Рис.10 — Глобальная сеть — Интернет
Надежность функционирования глобальной сети обеспечивается избыточностью линий связи: как правило, серверы имеют более двух линий связи, соединяющих их с Интернетом.
Основу, «каркас» Интернета составляют более ста миллионов серверов, постоянно подключенных к сети.
К серверам Интернета могут подключаться с помощью локальных сетей или коммутируемых телефонных линий сотни миллионов пользователей сети.

Вопрос 20

Данный способов подключения к сети «Интернет» обеспечивает наибольшие возможности для доступа к информационным ресурсам:

Какой уровень иерархической модели сети, как правило, содержит сетевой трафик между компьютером и принтером, находящимися в одной сети?

Сетевые устройства и оборудование

Технические средства коммуникаций составляют кабели (экранированная и неэкранированная витая пара, коаксиальный, оптоволоконный), коннекторы и терминаторы, сетевые адаптеры, повторители, разветвители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы, а также модемы, позволяющие использовать различные протоколы и топологии в единой неоднородной системе.
Сетевая карта (адаптер) — устройство для подключения компьютера к сетевому кабелю.
В качестве физической среды для обмена информацией обычно используются: толстый (thick) коаксиальный кабель, тонкий (thin) коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель и неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted-Pair, UTP).
Для решения проблемы межсетевого взаимодействия изготовителями оборудования предлагаются различные интерфейсные устройства — повторители (repeater), мосты (bridge), маршрутизаторы (router), мосты/маршрутизаторы (bridge/router) и шлюзы (gateway).
Основное различие между этими устройствами состоит в том, что повторители действуют на 1-м (физическом) уровне, мосты — на 2-м уровне, маршрутизаторы — это устройства, которые действуют на 3-м (сетевом) уровне, а шлюзы — на 4–7 уровнях.
Маршрутизаторы — устройства для соединения сегментов сети, действующие на сетевом уровне и использующие маршрутную информацию сетевого уровня. Маршрутизаторы обмениваются между собой информацией о свойствах, состоянии сети, работоспособности каналов и доступности узлов в целях выбора оптимального пути для передачи пакета. Такой процесс выбора маршрута по адресу абонентской системы, которая принимает пакет, называют маршрутизацией.
Различают однопротокольные и многопротокольные маршрутизаторы, которые могут поддерживать одновременно несколько протоколов, например IPX/SPX, TCP/IP и другие. Так как встречаются протоколы, которые не содержат информации сетевого уровня, то маршрутизаторам приходится выполнять и функции моста. Поэтому современные многопротокольные маршрутизаторы называют «мостами-маршрутизаторами». Среди достоинств маршрутизаторов следует отметить возможность выбора маршрута, разбиение длинных сообщений на несколько коротких и использование альтернативных путей для их передач, приводящее к выравниванию трафиков по параллельным путям, тем самым позволяющее соединять сети с пакетами разной длины и облегчающее объединение сетей.
Мосты — устройства для соединения сегментов сети, функционирующие на подуровне контроля доступа к среде (Media Access Control) канального уровня модели OSI/ISO. Мосты обладают свойством прозрачности для протоколов более высоких уровней, то есть осуществляют передачу кадра из одного сегмента в другой по физическому адресу станции получателя, который выделяется из заголовка канального уровня, анализируют целостность кадров и отфильтровывают испорченные. Эти устройства могут обладать свойством самообучения, то есть по мере прохождения через мост кадров он заполняет две таблицы адресами станций, отправляющих сообщения, физически располагая их по разные стороны от моста и записывая в разные таблицы.
Сегменты сети, которые соединяются мостом, могут использовать как одинаковые, так и разные канальные протоколы. В последнем случае мост переводит кадр одного формата в кадр другого формата.
Мосты автоматически адаптируются к изменению конфигурации сети и могут соединять сети с различными протоколами сетевого уровня. К сожалению, эти устройства не могут распределять нагрузку, используя альтернативные пути в сети, что приводит иногда к перегрузке трафика (потока информационного обмена в линии связи).
Повторитель — устройство, действующее на физическом уровне, предназначенное для компенсации затухания в среде передачи данных путем усиления сигналов в целях увеличения расстояния их распространения. Одной из разновидностей повторителей являются конверторы среды. Они позволяют преобразовывать сигналы, например, при соединении коаксиального и оптоволоконного кабелей, при переходе из одной среды передачи в другую.
Разветвитель — пассивное устройство для соединения более двух кабельных сегментов.
Шлюзы — устройства, оперирующие на верхних уровнях модели OSI (сеансовом, представления и приложений). Они представляют метод подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей к центральным ЭВМ. Необходимость в применении шлюзов появляется, когда объединяют две системы с совершенно различной архитектурой для перевода потока данных, проходящих между этими системами.
Для подключения к другим линиям связи используются модемы. Наибольшее распространение получили модемы, ориентированные на подключение к коммутируемой телефонной линии.
Модем — устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи. Модем для подключения к коммутируемой телефонной линии выполняет преобразование компьютерных данных в звуковой аналоговый сигнал для передачи по телефонной линии (модуляция), а также обратное преобразование (демодуляция).
Модемы бывают внутренние и внешние. Внутренние модемы вставляются внутрь системного блока компьютера. Внешние модемы представлены в виде отдельного устройства, которое соединяется кабелем с последовательным портом компьютера, таким же, к какому часто подключают мышь. Внутренние модемы содержат встроенный последовательный порт и получают питание от компьютера, внешние имеют отдельный блок питания. Внутренние модемы дешевле внешних при прочих равных характеристиках, основной из которых является скорость.
Факс-модем — устройство, обеспечивающее электронную передачу обычного текста, чертежей, фотографий, схем, документов, преобразование информации в форму, пригодную для передачи по имеющемуся каналу связи, и формирование на бумажном носителе на приемной стороне дубликата — факсимиле — исходного документа. Вообще говоря, в состав любого телефакса входят сканер для считывания документа, модем, передающий и принимающий информацию по телефонной линии, а также принтер, печатающий принимаемое сообщение на термо- или обычной бумаге. Разумеется, в платах факс-модемов такие узлы, как сканер и принтер, отсутствуют. Информация представлена только в «электронном» виде.

Что такое IP адрес (айпи адрес)?

Каждый компьютер в сети имеет свой уникальный адрес (номер) — так называемый IP-адрес — он представляет собой число вида aaa.bbb.ccc.ddd, (например 10.240.51.23), где первая и вторая цифра (10.240.) — едины для всех сетей ДОМ, третья цифра – указывает на сегмент сети, к которой подключен компьютер, четвёртая цифра — непосредственно номер компьютера.
Каждый компьютер имеет два IP-адреса: внутренний (локальный) и внешний (при подключении к Интернету).

Как узнать IP адрес?
Что такое шлюз (сервер)?

Это компьютер в нашей сети, через который Вы попадаете в сеть Интернет. Запрос от Вашего компьютера передается через сеть к серверу, он проверяет ваши данные (ip-адрес, MAC-адрес, логин и пароль) и после этого вы получаете доступ в сеть Интернет.

Что такое DNS сервер?

DNS-сервер (произносится «дэ-эн-эс») — специальный сервер, содержащий информацию об IP-адресах. Система имен доменов (DNS), которая используется в сети Интернет, устанавливает соответствие между именами узлов и доменов с одной стороны и IP-адресами с другой стороны. DNS использует иерархическую базу данных имен, распределенную по нескольким компьютерам.

Что такое трафик?

Трафик -это объем информации, поступающей на Ваш компьютер из сети и отправленой с него в сеть. Каждый раз, когда Вы просмтариваете страницы Интернет к Вам на компьютер поступает некий объем информации, измеряемый в байтах.
Дело в том, что любой ресурс Интернет, будь то странички www, музыка видео, www-чаты, IRC, сервера новостей и т. д. это трафик. Вы просматриваете www страничку — значит на ваш компьютер поступила из сети какая -то информация, Вы слушаете музыку из Интернет -значит, на компьютер из сети передается информация.
Что такое «входящий» и «исходящий» трафик?
Входящий трафик — это объем информации, приходящей на Ваш компьютер из сети, а исходящий, соответственно, объем, уходящий с Вашего компьютера в сеть.

Как соединить два компьютера в сеть (сетевой мост)?

Ответ: Один из компьютеров подключается к сети Интернет, второй компьютер подключается к первому. Главным недостатком в этом случае является то, что для выхода в сеть второго компьютера необходимо, чтобы в сети был так же и первый компьютер. А также, если у вас подключение к Интернет идет по сетевой карте, то необходима дополнительная сетевая карта для подключения второго компьютера к первому, т.к. встроенная сетевая карта уже занята (она принимает Интернет).

Помогите, пожалуйста, наиболее грамотно выбрать топологию сети.

Ответ: В первую очередь определитесь с типом несущей. Дело в том, что использование коаксиального кабеля или витой пары подразумевает принципиально различные архитектуры локальной сети. В первом случае сеть будет строиться по принципу «общей шины» – все входящие в нее компьютеры последовательно соединяются друг с другом в цепочку при помощи отрезков кабеля, образуя единую магистраль. Это довольно удобно, если все пользователи вашей сети живут на одной лестничной площадке или в квартирах, расположенных одна под другой. Однако, если компьютеры разбросаны по всему подъезду (или дому), коаксиальный кабель будет петлять, что неудобно уже на этапе первичной прокладки сети. Если же потребуется подключить к ней еще несколько новых пользователей, проблемы возрастут в геометрической прогрессии. К тому же «общая шина» опасна: если будет испорчен отрезок сети между двумя компьютерами, то отключается вся сеть. Витая пара позволяет создать совершенно иную сетевую архитектуру. Кабель витой пары аналогичен обычному телефонному, только вместо 2 (или 4) проводов в нем используется 8, разделенных на 4 пары. Витая пара – более гибкий и практичный кабель, удобный в укладке и хорошо защищенный от внешнего воздействия. Однако главный плюс этого варианта в другом: на витой паре основывается локальная сеть типа «звезда» или «дерево» – в центре ее находится коммуникационное устройство (в простейшем случае, концентратор) с несколькими портами, к каждому из которых посредством кабеля присоединяется конечный компьютер. при использовании такой архитектуры отказ одного или нескольких участков сети не приведет к ее остановке, и остальные пользователи смогут продолжать работать. Единственная опасность заключается только в выходе из строя коммуникационного оборудования.

Протянули сетевой кабель между домами и боимся выхода из строя сети во время грозы. Как борются с грозами?

Ответ: Грозы – вообще бич сетей. В большой сети ни одна гроза не проходит без потерь. Существует множество устройств по защите сетевого оборудования от этой напасти. В основном это переходники между устройствами и сетевым кабелем. Переходник заземляется, и при попадании молнии в кабель выгорает только переходник. По рекламе эффективность их работы доходит до 90%. Какое устройство выбрать – дело ваше. Более надежным средством при грозе является применение оптоволоконной сетевой техники хотя бы на от-крытых участках сети.

Шум, защита от шума

Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам, таким как плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемых по одним и тем же каналам. Существуют и другие источники помех, имеющие физическое происхождение.

Иногда, например, беседуя по телефону, мы слышим шум, треск, мешающие понять собеседника, или на наш разговор накладывается разговор других людей.

Наличие шума приводит к потере передаваемой информации. В таких случаях необходима защита от шума. Для этого в первую очередь применяются технические способы защиты каналов связи от воздействия шумов. Такие способы бывают самыми разными, иногда простыми, иногда очень сложными. Например: использование экранированного кабеля вместо «голого» провода; применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума и пр.

Шеннон разработал специальную теорию кодирования, дающую методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Например, если при разговоре по телефону вас плохо слышно, то, повторяя каждое слово дважды, вы имеете больше шансов на то, что собеседник поймет вас правильно.

В системах передачи информации используется так называемое помехоустойчивое кодирование, вносящее определенную избыточность.

Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведет к задержкам и удорожанию связи. Теория кодирования как раз и позволяет получить такой код, который будет оптимальным: избыточность передаваемой информации будет минимально возможной, а достоверность принятой информации — максимальной.

Большой вклад в научную теорию связи внес известный советский ученый Владимир Александрович Котельников (1908-2005). В 1940-1950-х годах им получены фундаментальные научные результаты по проблеме помехоустойчивости систем передачи информации.

В современных системах цифровой связи для борьбы с потерей информации при передаче часто применяется следующий прием. Всё сообщение разбивается на порции — блоки. Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передается вместе с данным блоком. В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого блока и, если она не совпадает с первоначальной суммой, передача данного блока повторяется. Так происходит до тех пор, пока исходная и конечная контрольные суммы не совпадут.