Урок 1Как устроена компьютерная сеть

Компьютерные сети

Компьютерная (вычислительная) сеть — это совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.

Абонентами сети (т.е. объектами, передающими или потребляющими информацию в сети) могут быть отдельные компьютеры, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т.д.

В зависимости от территориального расположения абонентов компьютерные сети делятся на:

· глобальные — вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах.

· региональные — вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов большого города, экономического региона, отдельной страны;

· локальные — вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. К классу локальных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, офисов и т.д.

В общем случае компьютерная сеть представляется совокупностью трех вложенных друг в друга подсистем: сети рабочих станций, сети серверов и базовой сети передачи данных.

Рабочая станция (клиентская машина, рабочее место, абонентский пункт, терминал) — это компьютер, за которым непосредственно работает абонент компьютерной сети.

Сервер — это компьютер, выполняющий общие задачи компьютерной сети и предоставляющий услуги рабочим станциям.

Сеть серверов — это совокупность серверов и средств связи, обеспечивающих подключение серверов к базовой сети передачи данных.

Базовая сеть передачи данных — это совокупность средств передачи данных между серверами. Она состоит из каналов связи и узлов связи. Узел связи — это совокупность средств коммутации и передачи данных в одном пункте. Узел связи принимает данные, поступающие по каналам связи, и передает данные в каналы, ведущие к абонентам.

Порядок реализации связей в сети регулируется протоколами — наборами коммутационных правил и процедур по формированию и передачи данных в сети.

Локальная вычислительная сетьобъединяет абонентов, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга (в пределах 10 — 15 км).

Обычно такие сети строятся в пределах одного предприятия или организации.

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Здесь обработка данных распределяется между двумя объектами: клиентом и сервером. Клиент формирует запрос к серверу на выполнение сложных процедур. Сервер выполняет запрос и результаты выполнения передает клиенту. Подобная модель вычислительной сети получила название архитектуры клиент — сервер.

По признаку распределения функций локальные компьютерные сети делятся на одноранговые и двухранговые (иерархические сетиили сети с выделенным сервером).

В одноранговой сетикомпьютеры равноправны по отношению друг к другу. Каждый пользователь в сети решает сам, какие ресурсы своего компьютера он предоставит в общее пользование. Таким образом, компьютер выступает и в роли клиента, и в роли сервера. Одноранговое разделение ресурсов является вполне приемлемым для малых офисов с 5 — 10 пользователями, объединяя их в рабочую группу.

Двухранговая сеть организуется на основе сервера, на котором регистрируются пользователи сети.

Для современных компьютерных сетей типичной является смешанная сеть, объединяющая рабочие станции и серверы, причем часть рабочих станций образует одноранговые сети, а другая часть принадлежит двухранговым сетям.

Геометрическая схема соединения (конфигурация физического подключения) узлов сети называется топологией сети. Существует большое количество вариантов сетевых топологий, базовыми из которых являются шина, кольцо, звезда.

1) Шина. Канал связи, объединяющий узлы в сеть, образует ломаную линию — шину. Любой узел может принимать информацию в любое время, а передавать — только тогда, когда шина свободна. Данные (сигналы) передаются компьютером на шину. Каждый компьютер проверяет их, определяя, кому адресована информация, и либо принимает данные, если они посланы ему, либо игнорирует.

2) Кольцо. Узлы объединены в сеть замкнутой кривой. Передача данных осуществляется только в одном направлении. Используя кольцевую топологию, можно присоединить к сети большое количество узлов, решив проблему помех и затухания сигнала средствами сетевой платы каждого узла.

Недостатки кольцевой организации: разрыв в любом месте кольца прекращает работу всей сети.

3) Звезда. Узлы сети объединены с центром лучами. Вся информация передается через центр, что позволяет относительно просто выполнять поиск неисправностей и добавлять новые узлы без прерывания работы сети.

Рис.9. Варианты сетевых топологий

Для объединения локальных вычислительных сетей применяются следующие устройства:

1) Повторитель — устройство, обеспечивающее усиление и фильтрацию сигнала без изменения его информативности.

2) Мост — устройство, выполняющее функции повторителя для тех сигналов (сообщений), адреса которых удовлетворяют заранее наложенным ограничениям.

Одной из проблем больших сетей является напряженный сетевой трафик (поток сообщений в сети). Передача сообщений из сегмента в сегмент осуществляется только целенаправленно, если абонент одного сегмента передает сообщение абоненту другого сегмента. Мост является устройством, ограничивающим движение по сети и не позволяющим сообщениям попадать из одной сети в другую без подтверждения права на переход.

3) Маршрутизатор — это устройство, соединяющее сети разного типа, но использующие одну операционную систему.

Это, по сути, тот же мост, но имеющий свой сетевой адрес. Для поиска лучшего маршрута к любому адресату в сети используются таблицы маршрутизации. Эти таблицы могут быть статическими и динамическими. При использовании статической таблицы администратор сети должен вносить изменения в таблицу вручную. Динамическая таблица адаптируется к реальным условиям автоматически.

4) Шлюз — специальный аппаратно-программный комплекс, предназначенный для обеспечения совместимости между сетями, использующими различные протоколы взаимодействия. Шлюз преобразует форму представления и форматы данных при передаче их из одного сегмента сети в другой. Он не зависит от используемой передающей среды, но зависит от используемых протоколов обмена данными. Обычно шлюз выполняет преобразования между протоколами.

С помощью шлюзов можно подключить локальную вычислительную сеть к главному компьютеру, а также к глобальной вычислительной сети.

Локальные сети

Небольшие компьютерные сети, работающие в пределах одного помещения, одного предприятия, называются локальными сетями (ЛС). Обычно компьютеры одной локальной сети удалены друг от друга на расстояние не более одного километра.

Локальная сеть дает возможность пользователям не только быстро обмениваться данными друг с другом, но и эффективно использовать ресурсы объединенных в сеть компьютеров — узлов сети. Такими ресурсами могут быть дисковая память, устройство печати, факс-модем и другие технические средства, а также программное обеспечение (ПО) и прочая информация в файлах.

С точки зрения организации взаимодействия отдельных элементов ЛС выделяют два типа таких систем:

— 1) одноранговую сеть; в ней все объединенные компьютеры равноправны;
— 2) сеть с выделенным узлом.

Пользователю одноранговой сети могут быть доступны ресурсы всех подключенных к ней компьютеров (в том случае, если эти ресурсы не защищены от постороннего доступа).

В школьных компьютерных классах чаще всего используется ЛC с выделенным узлом, организованная по следующему принципу: имеется одна машина (узел), выполняющая дополнительные обслуживающие функции. Такой узел называют сервером локальной сети. Прочие узлы сети называются рабочими станциями. Операционная система, управляющая работой сервера и рабочих станций, поддерживает режим сетевого взаимодействия.

Выделенный компьютер имеет большую дисковую память, к нему подключены устройства, которых нет на рабочих станциях. На сетевом сервере хранится программное обеспечение и другая информация, к которой могут обращаться пользователи сети.

На многих предприятиях на базе локальных сетей работают информационные системы. Например, в крупном торговом центре на сервере хранится база данных, содержащая сведения о товарах, имеющихся на складе.

Рабочие станции установлены в торговых отделах. На них по запросам продавцов с сервера поступает информация о наличии нужного товара. С рабочей станции на сервер передаются сведения о проданном товаре.

После этого сервер вносит соответствующие изменения в базу данных.

Топология компьютерных сетей

Локальные сети (ЛС), в зависимости от назначения и технических решений, могут иметь различные структуры объединения компьютеров. Такую структуру называют конфигурацией, архитектурой, топологией сети.

Общая схема соединения компьютеров в локальной сети называется топологией сети.

Существует два основных класса сетей, различаемые по способу объединения компьютеров:

1. широковещательная конфигурация (каждый компьютер передает информацию, которая может восприниматься. всеми остальными компьютерами данной сети);
2. последовательная конфигурация (компьютер может передавать информацию только своему ближайшему соседу). Наиболее распространенные топологии сетей это:

• Шинная топология;
• Топология «звезда»;
• Кольцевая топология.

В широковещательных конфигурациях каждый персональный компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии «общая шина», «дерево», «звезда с пассивным центром». Сеть типа «звезда с пассивным центром» можно рассматривать как разновидность «дерева», имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному устройству.

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному персональному компьютеру. Примерами последовательных конфигураций являются: произвольная (произвольное соединение компьютеров), иерархическая, «кольцо», «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка» и др.

Коротко рассмотрим три наиболее широко распространенные (базовые) топологии ЛВС: «звезда», «общая шина» и «кольцо».

Рассмотрим следующие схемы:

1. Топология типа «линейная шина».

Вариант соединения компьютеров между собой, когда кабель проходит от одного компьютера к другому, последовательно соединяя компьютеры и периферийные устройства между собой (как показано на рис.1), называется линейной шиной.

Рис. 1. Шинная топология

Примером такой конфигурации может служить следующее соединение. Информация по шине передается на все ПК сети, но принимает ее только тот ПК, для которого эта информация предназначена.

2. Топология типа «кольцо».

Топология типа «кольцо» подразумевает соединение компьютеров сети замкнутой кривой – каналом передающей среды. Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по замкнутому контуру передается от ПК к ПК. На сравнительно небольшом пространстве такая топология преимущественна, хотя выход из строя одного из компьютеров «кольца» нарушает целостность сети.

При кольцевой топологии данные передаются от одного компьютера другому по эстафете (рис. 2). Если некоторый компьютер получает данные, предназначенные не ему, он передает их дальше по кольцу. Адресат предназначенные ему данные никуда не передает.

Рис. 2. Кольцевая топология

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая локальная вычислительная сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub – концентратор), которые по-русски также иногда называют “хаб”. В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой локальной вычислительной сети происходит так же, как и в обычной кольцевой локальной вычислительной сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла локальной вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей локальной вычислительной сети.

3. Топология типа «звезда».

Вариант соединения когда к каждому компьютеру подходит отдельный кабель, из одного центральног узла, называется конфигурацией типа «звезда».

В случае топологии «звезда» каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к центральному узлу (рис. 3). Центральным узлом служит пассивный соединитель или активный повторитель.

Рис. 3. Топология типа «звезда»

Обычно при такой схеме соединения центральным узлом является более мощный компьютер. Разновидностью топологии типа «звезда» является радиальная топология.

4. Древовидная топология.

Компьютеры сети могут находиться на разных уровнях (этажах). В этом случае может быть применена такая конфигурация, которую часто называют «снежинка».

Рассмотрим возможности сетей с различными топологиями.

Топология сети

Достоинства

Недостатки

Шинная топология

• упрощение логической и программной архитектуры сети;
• простота расширения;
• простота методов управления;
• минимальный расход кабеля;
• отсутствие необходимости централизованного управления;
• надежность (выход из строя одного ПК не нарушит работу других).

• кабель, соединяющий все станции – один, следовательно «общаться» ПК могут только «по очереди», а это означает, что нужны специальные средства для разрешения конфликтов;
• затруднен поиск неисправностей кабеля, при его разрыве нарушается работа всей сети.

Топология «Звезда»

• надежность (выход из строя одной станции или кабеля не повлияет на работу других).

• требуется большое количество кабеля;
• надежность и производительность определяется центральным узлом, который может оказаться «узким местом» (поэтому часто это оборудование дублируется).

Кольцевая топология

• низкая стоимость;
• высокая эффективность использования моноканала;
• простота расширения;
• простота методов управления.

• в случае выхода из строя хотя бы одного компьютера вся сеть парализуется;
• на каждой рабочей станции необходим буфер для промежуточного хранения передаваемой информации, что замедляет передачу данных;
• подключение новой станции требует отключения сети, поэтому разрабатываются специальные устройства, позволяющие блокировать разрывы цепи.

Структура сети повлияла на создание и самой системы информационного обеспечения, называемой информационным пространством, которое тоже имеет сетевую структуру. Все информационное пространство можно представить как навигационную систему, определенную совокупность программ, позволяющих пользователю ориентироваться во всем многообразии информации, размещенной в сети, и находить необходимые ему фактические данные, исторические сведения, полезные программы. Чаще всего система навигации организуется через систему вложенных меню. Пользователю нет необходимости запоминать адрес или название ресурса и последовательность команд, необходимую для доступа к нему: двигаясь по меню программы, можно перемещаться по содержимому различных ком­пьютеров, подключенным к сети.

Топология реальной ЛВС может в точности повторять одну из приведенных выше или включать их комбинацию. Структура сети в общем случае определяется следующими факторами: количеством объединяемых компьютеров, требованиями по надежности и оперативности передачи информации, экономическими соображениями и т. д.

Объединение компьютеров в единую сеть предоставляет пользователям сети новые возможности, несравнимые с возможностями отдельных компьютеров. Сеть – это не сложение, а умножение возможностей отдельных компьютеров. Локальная сеть позволяет организовать передачу файлов из одного компьютера в другой или другие, совместно использовать вычислительные и аппаратные ресурсы, совмещать распределенную обработку данных на нескольких компьютерах с централизованным хранением информации и многое другое. С помощью компьютерной локальной сети осуществляется коллективное использование технических ресурсов, что благотворно воздействует на психологию и поведение пользователя не только в сети, но и в реальной жизни.

Аппаратные ресурсы сети

Аппаратные ресурсы сети – это дополнительное оборудование, которое можно подключать к сети и разделять между пользователями. Аппаратные ресурсы расширяют возможности сети.

Принтеры, сканеры, модемы и факс-модемы, CD-ROM – все это аппаратные ресурсы сети.

Однора́нговые, децентрализо́ванные или пи́ринговые (от англ. peer-to-peer, P2P – равный к равному) сети – это компьютерные сети, основанные на равноправии участников. В таких сетях отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) является как клиентом, так и сервером. В отличие от архитектуры клиент-сервера, такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов. Так сказать «С глазу на глаз».

Впервые фраза «peer-to-peer» была использована в 1984 году Парбауэллом Йохнухуйтсманом (Parbawell Yohnuhuitsman) при разработке архитектуры Advanced Peer to Peer Networking фирмы IBM.

Компьютерные сети: локальные, корпоративные, глобальные сети, средства электронной связи.

Компьютерные сети – система компьютеров, связанных каналами передачи информации.

Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:
— обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;
— обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.
Например, все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати — сетевой принтер или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера — файлового сервера. Аналогично можно совместно использовать и программное обеспечение. Сети по размерности делятся на локальные, региональные, корпоративные, глобальные

локальная сеть (LAN — Local Area Network) – соединение компьютеров, расположенных на небольших расстояниях друг от друга (от нескольких метров до нескольких км). ПК в таких сетях расположены в одном помещении, на одном предприятии, в близко расположенных зданиях.
Локальные сети не позволяют обеспечить совместный доступ к информации пользователям, находящимся, например, в различных частях города. На помощь приходят региональные сети, объединяющие компьютеры в пределах одного региона ( города, страны, континента).

региональная сеть (MAN — Metropolitan Area Network) – объединение ПК и локальных сетей для решения общей проблемы регионального масштаба. Региональная вычислительная сеть связывает компьютеры, расположенные на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать компьютеры внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки — сотни километров.
Многие организации, заинтересованные в защите информации от несанкционированного доступа (например, военные, банковские и пр.) создают, так называемые корпоративные сети. Корпоративная сеть может объединять тысячи и десятки тысяч компьютеров, размещенных в различных странах и городах ( в качестве примера можно привести сеть корпорации Microsoft )

корпоративные сети — объединение локальных сетей в пределах одной корпорации.

Потребности формирования единого мирового информационного пространства привели к созданию глобальной компьютерной сети Интернет.

глобальные сети (WAN — Wide Area Network) – система связанных между собой локальных сетей и ПК пользователей, расположенных на удаленных расстояниях, для общего использования мировых информационных ресурсов.
Информационные сети создают реальную возможность быстрого и удобного доступа пользователя ко всей информации, накопленной человечеством за всю историю.

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).
Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.
Главное достоинство одноранговых сетей – это простота установки и эксплуатации. Главный недостаток состоит в том, что в условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.
В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько серверов — компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией.

Общая схема соединения компьютеров в локальные сети называется топологией сети. Существует всего 5 основных типов топологии сетей:

1. Топология ШИНА. В этом случае подключение и обмен данными производится через общий канал связи, называемый общей шиной. Структура типа «шина» проще и экономичнее, так как для нее не требуется дополнительное устройство и расходуется меньше кабеля. Но она очень чувствительна к неисправностям кабельной системы. Если кабель поврежден хотя бы в одном месте, то возникают проблемы для всей сети. Место неисправности трудно обнаружить.

2. Топология ЗВЕЗДА. В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором (хабом), который находится в центре сети. К неисправностям кабельной системы «звезда» более устойчива. Поврежденный кабель – проблема для одного конкретного компьютера, на работе сети в целом это не сказывается. Не требуется усилий по локализации неисправности. К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. В настоящее время такая структура является самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях.

3. Топология КОЛЬЦО. В сетях с кольцевой топологией данные в сети передаются последовательно от одной станции к другой по кольцу, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как предназначенные ему, то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Преимущество данной топологии — простота управления, недостаток — возможность отказа всей сети при сбое в канале между двумя узлами.

4. Ячеистая топология. Для ячеистой топологии характерна схема соединения компьютеров, при которой физические линии связи установлены со всеми рядом стоящими компьютерами. В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей. Достоинства данной топологии в ее устойчивости к отказам и перегрузкам, т.к. имеется несколько способов обойти отдельные узлы.
5. Смешанная топология. В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию — звезда, кольцо или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольные подсети, имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

14 Основы Интернет. Принцип работы WWW – сервера. Протокол HTTP.

Internet — всемирная компьютерная сеть, объединяющая компьютеры во всем мире в едином информационном пространстве. Интернет многогранен. С технической точки зрения, это — объединение транснациональных компьютерных сетей, работающих по самым разнообразным протоколам, связывающих всевозможные типы компьютеров, физически передающих данные по телефонным проводам и оптоволокну, через спутники и радиомодемы… так, что в любой момент каждый компьютер в Internet «видит» каждый другой (то есть может передать ему пакет данных IP и получить ответ за доли секунды).

Сервис WWW работает по технологии клиент-сервер. Сервер: Веб-сервер – это программное обеспечение, установленное на компьютере, при помощи которого по протоколу HTTP предоставляется доступ к веб-страницам. Наиболее распространенными веб-серверами являются Apache, работающий на платформе Linux и IIS (Internet Information Service), работающий под управлением Windows. Также веб-сервером называется и сам компьютер, на котором установлено это программное обеспечение и хранятся файлы веб-сайтов.

Функции сервера: на сервере хранятся различные ресурсы (например веб-страницы) ; для каждого ресурса устанавливаются права доступа; сервер обрабатывает запросы клиентов, которым необходим тот или иной ресурс; сервер осуществляет обмен информацией с клиентами и другими серверами

В качестве клиента используется браузер. Наиболее распространенными браузерами являются Internet Explorer (www.microsoft.com), FireFox (www.mozilla.org), Opera (www.opera.com).

Функции клиента: браузер осуществляет запрос требуемого ресурса; браузер обрабатывает полученный ресурс;

Схема доступа клиента (браузера) к веб сайту

в строке адреса браузера набирается адрес сайта, на который хочет попасть пользователь (например http://www.eucp.com )

браузер отправляет запрос специальному компьютеру, которые носит название DNS-сервер (Domain Name System)

DNS-сервер преобразует набранный адрес в числовой (IP-адрес) адрес сервера, на котором расположен сайт (например 212.147.139.162) и возвращает его браузеру.

браузер отправляет запрос на полученный адрес и в ответ получает запрашиваемый ресурс.

после того, как ресурс передан, соединение между клиентом и сервером разрывается

HTTP — широко распространённый протокол передачи данных, изначально предназначенный для передачи гипертекстовых документов (то есть документов, которые могут содержать ссылки, позволяющие организовать переход к другим документам).
Аббревиатура HTTP расшифровывается как «протокол передачи гипертекста». Протокол HTTP предполагает использование клиент-серверной структуры передачи данных. Клиентское приложение формирует запрос и отправляет его на сервер, после чего серверное программное обеспечение обрабатывает данный запрос, формирует ответ и передаёт его обратно клиенту. После этого клиентское приложение может продолжить отправлять другие запросы, которые будут обработаны аналогичным образом.
Задача, которая традиционно решается с помощью протокола HTTP — обмен данными между пользовательским приложением, осуществляющим доступ к веб-ресурсам (обычно это веб-браузер) и веб-сервером. На данный момент именно благодаря протоколу HTTP обеспечивается работа Всемирной паутины.