Урок 1Как устроена компьютерная сеть

Компьютерная сеть — это группа (два и более) компьютеров, соединённых каналами передачи данных.

Компьютерные сети обеспечивают:

• быстрый обмен данными между отдельными компьютерами сети;
• совместное использование вычислительных ресурсов, принтеров, модемов, сканеров, устройств внешней памяти и т. п.;
• совместное использование программного обеспечения и баз данных;
• совместную работу пользователей над некоторым заданием или проектом;
• возможность удалённого управления компьютерами (диагностику, настройку и/или установку на них программного обеспечения, оказание других видов удалённой поддержки пользователям и т. п.).

В зависимости от выполняемых в сети функций различают компьютеры-серверы и компьютеры-клиенты:

• сервер (от англ. server — обслуживающий) — компьютер, предоставляющий доступ к собственным ресурсам другим компьютерам и/или управляющий распределением ресурсов сети;
• клиент (рабочая станция) — компьютер, использующий ресурсы сервера.

Компьютерные сети могут быть классифицированы по разным основаниям: по территориальной распространённости, по архитектуре, по скорости передачи данных, по назначению, по типу среды передачи данных и др. Рассмотрим некоторые из этих классификаций.

По территориальной распространённости выделяют:

• локальные сети или LAN (англ. Local Area Network) — сети, состоящие из близко расположенных компьютеров;
• глобальные сети или WAN (англ. Wide Area Network) — сети, охватывающие большие территории и включающие большое число компьютеров.

По архитектуре различают:

• одноранговые сети, в которых все компьютеры имеют равные права — каждый компьютер может предоставлять собственные ресурсы другим компьютерам сети и использовать ресурсы остальных. Такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании её участников. В одноранговой сети все компьютеры работают независимо друг от друга, у них нет единого центра. Такую сеть сложно обслуживать — руководить доступом к ресурсам, устанавливать и обновлять программное обеспечение на отдельных компьютерах, защищать от вмешательства посторонних пользователей, от вирусных атак и т. п.;
• сети с выделенным сервером — сети, в которых один или несколько компьютеров являются серверами, а все остальные — клиентами. Как правило, сервер мощнее и защищён лучше большинства клиентов. На сервере проще организовать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами. Основной недостаток таких сетей в том, что неработоспособность сервера может привести к неработоспособности всей сети.

Скорость передачи данных по сети — это количество бит данных, которые могут быть переданы за одну секунду. Пропускная способность — это максимальная скорость передачи данных. По скорости передачи данных различают:

• низкоскоростные сети (до 10 Мбит/с);
• среднескоростные сети (до 100 Мбит/с);
• высокоскоростные сети (свыше 100 Мбит/с).

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.

Технологии передачи данных в компьютерных сетях

Основной предмет передачи данных в компьютерных сетях, как мы отметили выше, — совокупность файлов, папок и иных продуктов реализации машинного кода (например, массивов, стеков и т. д.). Современные цифровые коммуникации могут функционировать на базе самых разных стандартов. В числе самых распространенных — TCP-IP. Основной его принцип — в присвоении компьютеру уникального IP-адреса, который может использоваться в качестве главного ориентира при передаче данных.

Обмен файлами в современных цифровых сетях может осуществляться с помощью проводных технологий либо тех, в которых не предполагается задействование кабеля. Классификация соответствующих инфраструктур первого типа может осуществляться исходя из конкретной разновидности провода. В современных компьютерных сетях чаще всего используются:

Каждый из отмеченных типов кабелей имеет как преимущества, так и недостатки. Например, витая пара — дешевый, универсальный и простой в монтаже тип провода, однако значительно уступающий оптоволокну по пропускной способности (подробнее данный параметр мы рассмотрим чуть позже). USB-кабели наименее всего приспособлены к передаче данных в рамках компьютерных сетей, однако совместимы практически с любым современным компьютером — крайне редко можно встретить ПК, не оснащенный USB-портами. Коаксиальные кабели в достаточной мере защищены от помех и позволяют обеспечивать передачу данных на очень большие расстояния.

Технологии, используемые в IP-телефонии

Ответим на самые распространённые вопросы.

1. Как можно позвонить через VoIP

Для того чтобы связаться с абонентом через VoIP-протокол, необходимо иметь хотя бы одно из перечисленных приложений/устройств: специальная программа на смартфоне (Mango Talker, Телфин), интерактивное приложение на ноутбуке/компьютере (Voxlink, Ростелеком) или стационарный SIP-телефон.

2. Как принять звонок

Каждому пользователю IP-телефонии присваивается персональный номер. С помощью виртуальной АТС все входящие звонки переадресуются на устройство, по которому оператор взаимодействует с клиентами. Это могут быть стационарные или аналоговые айпи-телефоны, софтфон или другой гаджет, поддерживающий связь через интернет.

3. Качество голоса

С появлением высокоскоростного интернета и новых технологичных кодеков значительно повысилось качество передачи речи. Есть несколько важных показателей, на которые необходимо обращать внимание перед подключением к IP-телефонии, а точнее:

• Скорость интернета должна превышать 100 кб/с. Это минимальная скорость для бесперебойной работы IP-телефонии.
• Суммарная задержка передачи голоса при звонке (включая буфер) должна быть не менее 400 мс.
• Использовать высокотехнологичные кодеки (Opus).

4. Протоколы сигнализации

Протоколы сигнализации применяются для передачи служебной информацией между пользователями. Например, извещать о том, что абонент взял трубку или прервал разговор.

5. Кодеки VoIP

Кодеки — это математические алгоритмы, которые кодируют или декодируют голосовые сигналы. Существует большое множество кодеков. В зависимости от степени сжатия голоса, качества передачи данных и стоимости.

К бесплатным кодекам относятся:

Сетевой уровень (Network Layer)

На сетевом уровне происходит маршрутизация, соответственно основными устройствами сетевого уровня являются маршрутизаторы (Router). Именно здесь определяется, каким путем данные достигнут получателя с определенным IP-адресом.

Основной маршрутизируемый протокол — IP (Internet Protocol), на основе которого и построена IP-телефония, а также всемирная сеть Интернет. Также существует множество динамических протоколов маршрутизации, самый популярный среди которых OSPF (Open Shortest Path First) — внутренний протокол, основанный на текущем состоянии каналов связи;

На сегодняшний момент существуют специальные VoIP-шлюзы (Voice Over IP Gateway), обеспечивающие подключение обычных аналоговых телефонов к IP-сети. Как правило, они имеют и встроенный маршрутизатор, позволяющий вести учет трафика, авторизовать пользователей, автоматически раздавать IP-адреса, управлять полосой пропускания.

Среди стандартных функций VoIP-шлюзов:

• Функции безопасности (создание списков доступа, авторизация);
• Поддержка факсимильной связи;
• Поддержка голосовой почты;
• Поддержка протоколов H.323, SIP (Session Initiation Protocol).

Устройства передачи данных

В своей повседневной жизни мы окружены устройствами, которые функционируют на базе беспроводных технологий передачи данных. Причем каждое устройство имеет несколько модулей активности тех или иных стандартов. Пример: классический смартфон использует сети GSM, 3G, LTE для передачи пакетных и голосовых данных, Wi-Fi для выхода в интернет через точку доступа, Bluetooth для синхронизации девайса с аксессуарами.

Рассмотрим самые популярные устройства беспроводной передачи данных, которые получили повсеместное распространение:

1. Wi-Fi-роутер. Данное устройство способно обеспечивать доступом к интернету несколько девайсов. Сам аппарат синхронизирован с источником интернета проводным путем или при помощи сим-карты оператора сотовых сетей.
2. Смартфон. Универсальное средство связи, которое дает возможность передавать голосовую информацию, отправлять короткие текстовые сообщения, получать доступ к интернету и синхронизироваться с беспроводными или проводными аксессуарами.
3. Планшетный компьютер. Функционально может быть идентичен смартфону. Отличительной особенностью является большой экран, благодаря которому использование гаджета становится более комфортным для определенных видов работ.
4. Персональный компьютер. Полноценный стационарный аппарат со встроенной операционной системой, позволяющий работать в сетях интернет, в том числе беспроводных. Беспроводная передача данных на компьютер от точки доступа, как правило, осуществляется через Wi-Fi-адаптер, который подключается через разъем USB.
5. Ноутбук. Уменьшенная версия персонального компьютера. В большинстве ноутбуков есть встроенный Bluetooth-адаптер и Wi-Fi-модуль, что позволяет выполнять синхронизацию для получения доступа к интернету, а также подключения беспроводных аксессуаров без дополнительных USB-адаптеров.
6. Беспроводные аксессуары и периферийные устройства. К данной категории относятся беспроводные колонки, наушники, гарнитуры, мыши, клавиатуры и другие популярные аксессуары, которые подключаются к девайсам или компьютерам.
7. Телевизор или Smart-TV. Телевизор с операционной системой функционально напоминает компьютер, поэтому наличие встроенных беспроводных модулей для него является необходимостью.
8. Игровая приставка. Для установки софта у данного гаджета предусмотрен беспроводной выход в интернет. Игровые консоли синхронизированы с устройством по технологии Bluetooth.
9. Беспроводное оборудование «Умный дом». Очень сложная и многосторонняя система, управление которой осуществляется беспроводным способом. Все датчики и элементы оборудования оснащены специальными модулями для передачи сигналов.

С усовершенствованием беспроводных технологий на смену старым девайсам постоянно приходят новые аппараты, которые функционально более эффективны и практичны. Оборудование беспроводной передачи данных быстро видоизменяется и модифицируется.

Коммутация каналов

Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой — коммутаторами, которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал.

Время передачи сообщения при этом определяется пропускной способностью канала, длинной связи и размером сообщения.

Коммутаторы, а также соединяющие их каналы должны обеспечивать одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов. Для этого они должны быть высокоскоростными и поддерживать какую-либо технику мультиплексирования абонентских каналов.

Достоинства и недостатки коммутации каналов:

• Постоянная и известная скорость передачи данных
• Правильная последовательность прихода данных
• Низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть

• Возможен отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения
• Нерациональное использование пропускной способности физических каналов, в частности невозможность применения пользовательской аппаратуры, работающей с разной скоростью. Отдельные части составного канала работают с одинаковой скоростью, так как сети с коммутацией каналов не буферизуют данные пользователей
• Обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения

Статьи к прочтению:

Общие сведения Под телекоммуникационными средствами понимают технические устройства, обеспечивающие прием и передачу информации на большие расстояния….

Следующий важный вопрос – это вопрос об информационной валентности связи. Слово валентность здесь использовано по аналогии с химией. Сколько процессов…