Урок 24§4.1 Локальные и глобальные компьютерные сети

Компоненты сети

Первым рассмотренным устройством будет конечное устройство или End Device. Именно эти конечные устройства обмениваются информацией между собой. Иногда информацию с конечного устройства запрашивает пользователь, а иногда такие устройства сами обмениваются данными без вмешательства пользователя. Так что же это за устройства?

Компонент сети End Devices или конечные устройства (их также называют хостами или узлами), это обычные компьютеры, ноутбуки, мобильные телефоны, всевозможные смартфоны и коммуникаторы, планшеты, сервера, и даже компьютеризированные холодильники. Другими словами, конечные устройства – это те устройства, которые инициализируют процесс передачи данных, то есть именно они начинают передавать или запрашивать данные у других конечных устройств.

Примером служат все перечисленные выше устройства: на компьютере мы можем начать передачу файла на сервер, или наоборот, «скачивать» данные с сайта (сервера); в дороге нас сопровождает ноутбук, с помощью которого мы пересылаем почту нашим друзьям и коллегам по работе (загружаем письма на почтовые сервера); с помощью мобильного телефона звоним домой или договариваемся о встрече (по сути, когда мы нажимаем на кнопку «Вызов» или «Позвонить», мы инициализируем звонок, начинаем передачу цифровых данных на сервер сотового оператора); смартфоны всячески помогают нам в общении (мессенджеры, видео) с друзьями и обмене фотками, загружают свежие прогнозы погоды; на планшет мы с сервера (магазина) загружаем игры и приложения, но перед загрузкой мы отправляем запрос серверу, чтобы он начал передавать нам файлы; сервера всегда передают нам те данные, которые мы запросили, будь то новые письма, погода, файлы и т.д.; холодильники думаю, сумеют сами заказать овощей в интернет-магазине. Кстати, читать эту статью и вообще серфить в интернете, это тоже процесс передачи запросов на сервер и приема ответов в виде веб-страниц.

1.2. Что такое локальная компьютерная сеть

Локальная компьютерная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс) или в одном здании (например, в локальную сеть могут быть объединены все компьютеры, находящиеся в здании школы). Локальная сеть позволяет пользователям получить совместный доступ к ресурсам компьютеров, а также к периферийным устройствам (принтерам, сканерам, дискам, модемам и др.), подключённым к сети.

Локальные сети бывают одноранговыми и с выделенным сервером.

В небольших локальных сетях все компьютеры равноправны, т. е. каждый из них может использовать ресурсы другого. Пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (файлы, папки, диски) сделать доступными для всей сети. Такие сети называются одноранговыми.

В сетях с большим количеством пользователей нежелательно, чтобы все они имели доступ ко всем компьютерам сети. При объединении более 10 компьютеров целесообразно выделять наиболее мощный компьютер — сервер (англ. server — обслуживающий). На жёстком диске сервера размещают файлы (данные и программы), к которым получают доступ другие компьютеры сети — клиенты. Кроме того, всем пользователям сети может быть доступно периферийное оборудование, подключённое к серверу (например, принтер или сканер).

Каждый компьютер, подключаемый к локальной сети, должен иметь специальную плату — сетевой адаптер. Её функция — передача и приём сигналов, распространяемых по каналам связи.

Соединение компьютеров (их сетевых плат) в локальную сеть осуществляется с помощью различных типов кабелей (витая пара, оптическое волокно — рис. 4.1) или по беспроводным каналам (типа Wi-Fi).

Рис. 4.1. Кабели:
витая пара и оптоволокно

Витая пара представляет собой два изолированных медных провода, скрученных один относительно другого. Такое скручивание проводов снижает влияние помех на сигналы, передаваемые по этому кабелю. Соединение «витая пара» представляет собой несколько витых пар (2 или 4), покрытых пластиковой оболочкой. Скорость передачи данных — от 10 Мбит/с до 1000 Мбит/с.

Оптоволоконный кабель передаёт свет по стеклянному волокну. Такой тип соединения обеспечивает очень высокую скорость передачи, протяжённость канала составляет сотни и тысячи километров, и он абсолютно не подвержен электромагнитным помехам. Скорость передачи данных — от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с.

Беспроводное соединение Wi-Fi обеспечивает скорость передачи данных до 300 Мбит/с.

3. Работа в локальной сети

Локальная сеть — это сеть, состоящая из близко расположенных компьютеров, чаще всего находящихся в одной комнате, в одном или нескольких близко расположенных зданиях.

Локальные сети предназначены для ограниченного круга пользователей.

Одной из важнейшей характеристик локальных сетей является скорость передачи данных, поэтому компьютеры соединяются с помощью высокоскоростных адаптеров и высокоскоростных линий связи. Кроме того, локальные сети должны обладать открытостью и гибкостью: пользователи должны иметь возможность добавлять в сеть или перемещать компьютеры и другие устройства, при необходимости отключать их без прерываний в работе сети и т. д. Эти характеристики во многом определяются конфигурацией или топологией сети.

Топология — это конфигурация сети, способ соединения её элементов друг с другом.

Топологию сети удобно представлять с помощью графа, вершинам которого соответствуют компьютеры (иногда — другое оборудование), а рёбрам — физические связи между ними. Чаще всего используются шинная, кольцевая, радиальная и древовидная топологии. Их описание, основные достоинства и недостатки представлены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Топологии локальных сетей

В одноранговой сети компьютеры, как правило, объединяют в рабочую группу. Рабочая группа — это группа компьютеров локальной сети, пользователи которых выполняют похожие задания и осуществляют регулярный обмен данными. Например, в локальной сети школы в одну рабочую группу могут быть объединены компьютеры кабинета информатики. Рабочим группам дают имена, например Class или Administration.

В сетях с выделенным сервером компьютеры, как правило, объединяют в домены. Домен (от англ. domain — владение) — это группа компьютеров, централизованно обслуживаемых общим сервером, который руководит распределением прав доступа пользователей к ресурсам сети.

Как и рабочей группе, домену дают имя. В большой локальной сети может быть несколько доменов.

Каждому компьютеру в составе рабочей группы или домена дают уникальное имя. Например, компьютер учителя в кабинете информатики может иметь имя Teacher, а имена компьютеров учеников могут быть PCI, РС2 и т. д.

Часто на одном компьютере работает несколько пользователей, например на уроках информатики ученики разных классов работают на одних и тех же компьютерах, имеющихся в кабинете информатики. Для того чтобы обеспечить пользователям возможность работы с индивидуальными настройками операционной системы, упростить доступ к их собственным документам и ограничить доступ к чужим файлам и папкам, используют учётные записи.

Предоставление общего доступа к папкам даёт возможность пользователям работать с файлами, хранящимися на дисках других компьютеров локальной сети. Кроме того, общий доступ можно установить, например, к принтеру или сканеру.

Ещё одним преимуществом локальной сети является возможность подключения к глобальной сети всех компьютеров через один из них, имеющий в неё выход. Этот компьютер выполняет функцию шлюза — устройства, обеспечивающего соединение двух сетей: локальной и глобальной.

Локальные компьютерные сети

Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс, состоящий из 8—12 компьютеров) или в одном здании (например, в здании школы могут быть объединены в локальную сеть несколько десятков компьютеров, установленных в различных предметных кабинетах).

Рис.9 — Схема локальной сети (LAN)

В небольших локальных сетях все компьютеры обычно равноправны, т. е. пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (диски, каталоги, файлы) сделать общедоступными по сети. Такие сети называются одноранговыми.
Если к локальной сети подключено более десяти компьютеров, то одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной. Для увеличения производительности, а также в целях обеспечения большей надежности при хранении информации в сети некоторые компьютеры специально выделяются для хранения файлов или программ-приложений. Такие компьютеры называются серверами, а локальная сеть — сетью на основе серверов.
Каждый компьютер, подключенный к локальной сети, должен иметь специальную плату (сетевой адаптер). Между собой компьютеры (сетевые адаптеры) соединяются с помощью кабелей.

Как создают компьютерную сеть?

Компьютерные сети состоят из узлов, которыми могут быть компьютер, принтер или другое устройство, связанное с сетью. Компьютеры разделяют на два типа: рабочие станции, на которых работают пользователи, и серверы, обслуживающие эти станции.

Компьютерная сеть — это совокупность компьютеров и других устройств, соединенных каналами передачи данных. В компьютерных сетях используются кабельные (с помощью телефонных линий, оптоволоконных каналов, сетевых кабелей) или беспроводные каналы (с помощью сотовой, спутниковой связи, Wi-Fi, радиоволны и т.п.).

Компьютеры в сети могут иметь различное назначение. Например, к компьютеру, входящему в сеть, могут быть присоединены периферийные устройства. Для того чтобы использовать одно из них, указанному компьютеру направляется запрос. В ответ на эти запросы компьютеры предоставляют услуги по доступу к собственным или сетевым ресурсам.

Сетевое взаимодействие заключается в передаче запросов от одних компьютеров сети к другим компьютерам и устройствам и получении в ответ доступа к определенным ресурсам сети. Те компьютеры, которые предоставляют доступ к собственным и сетевых ресурсов другим компьютерам, называют серверами, а те, что пользуются услугами серверов, — клиентами или клиентскими компьютерами.

Основными компонентами аппаратной составляющей компьютерной сети есть рабочие станции, серверы, сетевые платы, оборудование для обеспечения передачи данных по различным каналам связи.

Серверы используются для объединения и распределения ресурсов компьютерной сети между клиентами (рабочими станциями).

Как мы уже писали, компьютеры, которые одновременно могут выполнять функции сервера и рабочей станции при работе в сети, образуют одноранговую компьютерную сеть, то есть такую, где всем узлам сети предоставлен одинаковый приоритет, при этом ресурсы каждого узла доступны другим узлам сети.

В компьютерных сетях сервер может быть выделен (если он выполняет только функции сервера). Сеть типа «клиент-сервер» — это сеть, в которой одни компьютеры выполняют функцию серверов, а другие — клиентов.

Для работы в компьютерной сети каждому узлу сети необходима сетевая плата (сетевой адаптер), к которой подсоединяют сетевой кабель.

Сетевая плата

Сетевая плата — это плата расширения, которая вставляется в разъем материнской платы компьютера. Все чаще сетевые платы интегрируются в материнскую плату. Также распространены беспроводные сетевые карты, обеспечивающие соединения компьютеров в сеть WLAN (беспроводная локальная компьютерная сеть) по стандарту Wi-Fi (IEEE 802.11).

Функции сетевой платы:

• подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче с помощью сетевого кабеля;
• передача данных на другой компьютер;
• управления потоком данных между компьютером и средой передачи;
• прием данных с кабеля и перевод в форму, понятную для центрального процессора компьютера.

Данные в сетях передаются по каналам связи. Канал связи — это оборудование, с помощью которого осуществляется соединение компьютеров в сеть. Соединение может быть образовано с использованием кабелей для передачи сигналов или с помощью беспроводных средств. От вида каналов связи зависит скорость обмена данными в сети.

Каналы связи можно сравнивать с транспортными системами грузовых или пассажирских перевозок. Транспортировка пассажиров может осуществляться по воздуху (самолетами, аэростатами и другими воздушными средствами), железной дорогой или по воде (лодки, теплоходы и т.д.), по суше (автомобили, поезда, конные экипажи, верблюжьи караваны и т.д.). В зависимости от среды транспортировки подбирают и подходящее средство передвижения.

Компьютеры внутри локальной сети соединяются с помощью кабелей, передающих сигналы. Кабели классифицируются в зависимости от возможных значений скорости передачи данных и частоты возникновения сбоев и ошибок. Чаще всего используются кабели трех основных категорий:

• витая пара;
• коаксиальный кабель;
• оптоволоконный кабель.

Для построения локальных сетей сейчас наиболее широко используется витая пара. Внутри такой кабель состоит из двух или четырех пар медного провода, скрученных между собой. Витая пара подключается к компьютеру с помощью разъема, который очень напоминает телефонный разъем. Витая пара способна обеспечивать работу сети на скоростях 1, 10, 100, 1000 Мбит/с.

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы, изоляции, ее окружает, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. По центральному проводу кабеля передаются сигналы, в которые предварительно были преобразованы данные. Такой провод может быть как моно-, так и многожильным.

В основе оптоволоконного кабеля содержатся оптические волокна, данные по которым передаются в виде импульсов света. Электрические сигналы по оптоволоконному кабелю не передаются, он не распространяет электромагнитное излучение, поэтому сигнал нельзя перехватить, что практически исключает несанкционированный доступ к данным. Оптоволоконный кабель используют для транспортировки больших объемов данных на максимально доступных скоростях. Сейчас широко используется скорость 1000 Мбит/с, приобретает все большее распространение скорость 10 Гбит/с и выше. Главным недостатком такого кабеля является его хрупкость: его легко повредить, а монтировать и соединять можно только с помощью специального оборудования.

Аппаратное и программное обеспечение сетей

Конструктивно компьютерная сеть представляет собой совокупность компьютеров, которые объединены каналами связи и обеспечена аппаратным и программным сетевым оборудованием. На каждом клиенте сети устанавливается программа-клиент. На серверах сети устанавливают программу-сервер, которая предоставляет услуги программам-клиентам.

Проще всего построить локальную сеть из двух компьютеров (прямое соединение). Для этого нужен специальный кабель ( «патч-корд», максимальная длина до 100 м), чтобы соединить их сетевые адаптеры (карты), и соответствующие настройки на обоих компьютерах.

Чтобы построить локальную сеть с большим количеством компьютеров, нужно специальное устройство — сетевой коммутатор («свитч») или сетевой концентратор («хаб»). К нему (а следовательно, и к локальной сети) подсоединяют компьютеры и другие сетевые устройства, которые укомплектованы сетевыми адаптерами: принтеры, сканеры и т.п. Внешние устройства, в составе которых нет сетевых карт, подсоединяют к сети через компьютер.

Для построения локальной сети или для передачи данных между различными локальными сетями и их подключения к Интернету используют также маршрутизаторы (роутеры).

Подключение компьютеров к сети

Услуги компьютерных сетей: World Wide Web, электронная почта, файловые архивы, поисковые системы, чат и пр.

Для различных видов работы в Интернете существуют свои службы (сервисы).

Наиболее популярны следующие службы:

• электронная почта;
• группы новостей UseNet (телеконференции);
• всемирная информационная служба Web;
• служба обмена файлами FTP;
• службы, обеспечивающие «живое» общение, аудио- и видеовещание в Интернете.

Для работы в Интернете имеются как универсальные программные комплексы, обеспечивающие доступ к любой службе Интернета, так и специализированные программы, обычно предоставляющие более широкие возможности при работе с конкретным сервисом Интернета.

Electronic mail (E-mail) — электронная почта. Это одна из первых служб, а также из числа наиболее популярных. Ее достоинства — дешевизна, оперативность, доступность.

Почтовый адрес в Интернете состоит из двух частей, разделенных символом @:

имя пользователя @ имя сервера

Первая часть почтового адреса (имя пользователя) имеет произвольный характер и задается самим пользователем при регистрации почтового ящика. Вторая часть (имя сервера) является доменным именем почтового сервера, на котором пользователь зарегистрировал свой почтовый ящик. Почтовый адрес записывается только латинскими буквами и не должен содержать пробелов. Например, имена почтовых ящиков пользователей, зарегистрированных на бесплатном почтовом сервере mail.ru будут иметь вид: [email protected]

Работа E-mail основана на специальных протоколах, а также на взаимодействии двух программ — почтового сервера и почтового клиента.

Существует две группы протоколов, по которым работает электронная почта:

Протоколы SMTP и POP (или POP3). Протокол SMTP (Simple Mail Transport Protocol) поддерживает передачу сообщений между адресатами Интернета. Он позволяет группировать сообщения в адрес одного получателя, размножать копии E-mail-сообщений для передачи на разные адреса. Протокол POP (Post Office Protocol 3) обеспечивает конечному пользователю доступ к поступившим на его адрес электронным сообщениям. РОР-клиенты запрашивают пароль, что повышает конфиденциальность переписки.

Протокол IMAP. Этот протокол получает все большее распространение. Он дает возможность пользователю работать с письмами непосредственно на сервере провайдера и экономить время работы в Интернете.

Для работы с электронной почтой создано много программ. В операционной системе Windows есть встроенная программа Internet Mail. Также используются программы MS Exchange, Eudora, Outlook Express, Netcape Messenger и др.

Основные функции почтовых программ:

• забор писем из почтового ящика на сервере;
• отправка подготовленных писем;
• дешифровка сообщений, полученных в различных кодировках;
• управление приоритетом сообщений (срочное, обычное, по дешевому тарифу);
• сортировка принятых и отправляемых писем по папкам;
• ведение адресной книги;
• ответ на приходящие письма, пересылка писем;
• создание нового письма;
• возможность прикрепления к письму, имеющему обычный текстовый вид, картинки или любого другого файла.

Служба USENET — это группы новостей или телеконференции. Они дают возможность читать и посылать сообщения в общественные (открытые) дискуссионные группы. Каждая тема обсуждается в отдельной группе, имеющей свое имя.

Общение участников Usenet организовано с помощью серверов новостей или, как их называют, NNTP-серверов (Network News Transfer Protocol — протокол передачи сетевых новостей). Серверы разбросаны по всему миру. При подключении к Internet провайдеры обеспечивают и доступ к серверу новостей. Программа-клиент Usenet передает сообщение на сервер новостей, тот — на связанные с ним серверы новостей, каждый из них — на следующую группу связанных серверов и т. д.

Каждая конференция представляет собой совокупность текстовых сообщений — статей — ее подписчиков; помещение статьи в конференцию называется публикацией.

Существует несколько тысяч групп новостей, поэтому они организованы в иерархическую структуру категорий и подкатегорий. Имена групп новостей строятся слева направо — от более общего к более конкретному. Категории и подкатегории отделяются точками. Например: comp.os.ms-windows — можно получить информацию об операционной системе Windows. Здесь comp — категория верхнего уровня, включающая все темы, связанные с компьютерами; os — подкатегория, предназначенная для обсуждения операционных систем; ms-windows — подкатегория следующего уровня, предназначенная для обсуждения конкретных операционных систем серии Windows фирмы Microsoft.

Существует много программ для работы с Usenet. Можно пользоваться программами Outlook Express или Netscape Collabra. В настоящее время Outlook Express и Netscape Messenger — две самые популярные программы, поддерживающие работу одновременно с почтой и новостями.

Программы работы с конференциями обеспечивают:

• указание множества конференций, в работе которых намерен участвовать пользователь. Эта операция называется подпиской, а множество конференций, на которые осуществлена подписка, —списком подписки (он может быть в любой момент изменен);
• просмотр фамилий авторов и заголовков (тем) статей в любой конкретной конференции из списка подписки;
• просмотр содержимого статей и при необходимости сохранение их в файле в заданном каталоге компьютера пользователя;
• публикацию своей собственной статьи;
• персональный ответ автору какой-либо статьи на его E-mail-адрес;
• публичный ответ автору конкретной статьи, который будет фигурировать как статья конференции.

World Wide Web, или просто Web, — всемирная паутина (сеть). Она представляет собой огромный набор взаимосвязанных друг с другом документов, хранящихся на разных компьютерах.

Документы называются Web-страницами, компьютеры — Web-серверами (Web-узлами, Webсайтами).

Среда WWW не имеет централизованной структуры и может рассматриваться как информационное пространство, которое заполняется теми, кто желает разместить свои документы в Интернете.

С помощью WWW обеспечивается доступ почти ко всем ресурсам крупнейших библиотек мира, музейным коллекциям, музыкальным произведениям, периодическим изданиям, к законодательным и правительственным постановлениям, справочникам и оперативным подборкам на любую тему (погода, курсы валют, стоимость всевозможных услуг и товаров), аналитическим обзорам.

Из чисто информационной WWW все больше становится посреднической системой, обеспечивающей заключение контрактов, покупку товаров и расчеты по ним, бронирование билетов на транспорт, выбор и заказ экскурсионных маршрутов и тысячи других услуг. С помощью WWW проводится опрос общественного мнения, ведутся интерактивные диспуты с ведущими политиками, коммерсантами, деятелями культуры.

Особенности WWW, обеспечившие ее высокую популярность:

• гипертекстовая организация информационных элементов — страниц WWW. Это означает, что страница WWW может содержать гипертекстовые ссылки, оформленные в виде рисунка или выделенного текста;
• возможность включения в страницы WWW современных мультимедийных средств (графики, звука, анимации), а также средств по художественному оформлению страниц (макетированию);
• возможность передачи на сайт владельца WWW-страницы различной информации;
• наличие бесплатного, хорошего и достаточно простого программного обеспечения, позволяющего непрофессиональному пользователю не только просматривать, но и самому создавать WWW-страницы;
• наличие хороших поисковых систем и удобных средств запоминания адресов размещения необходимой информации;
• возможность быстрого перемещения вперед/назад по уже просмотренным страницам, отсутствие необходимости знать IP-адреса хостов, на которых размещена необходимая информация;
• наличие средств обеспечения надежности и конфиденциальности информационного обмена.

Для доступа к Web-страницам используется протокол передачи гипертекста HTTP. При записи протокола после его имени следует двоеточие и две косые черты: http://.

Служба WWW использует систему адресации URL (Uniform Resource Locator — универсальный URL-адрес достаточно сложно, поэтому во всех программных средствах работы в Интернете имеется инструмент Избранное, с помощью которого любому URL можно дать содержательное имя (в том числе на русском языке), называемое ссылкой.

Работа с ресурсами WWW обеспечивается специальными программами — браузерами. В настоящее время наиболее распространенными браузерами являются Internet Explorer и Netscape Communication. Браузер может работать в сети или автономно (для просмотра html-файлов, ранее запомненных на компьютере).

Файловые архивы — это серверы Интернета, на которых хранятся миллионы файлов различных типов (программы, драйверы устройств, графические и звуковые файлы и т. д.). Файловые серверы поддерживают многие компании — разработчики программного обеспечения и производители аппаратных компонентов компьютера и периферийных устройств. Размещаемое на таких серверах программное обеспечение является свободно распространяемым или условно бесплатным.

File Transfer Protocol — протокол для передачи файлов между компьютерами. При указании URL-адреса файла этот протокол записывается так: ftp://. Файлы, предназначенные для открытого доступа, содержатся на множестве FTP-серверов. Программа FTP-клиент позволяет установить связь с одним из таких серверов и затем просматривать каталоги, осуществлять поиск файлов, управлять их перемещением. FTP может использоваться как для получения файлов с удаленных серверов, так и для отправки своих файлов на сервер, чтобы другие пользователи могли ими воспользоваться. Возможна пересылка как текстовых, так и двоичных файлов. Доступ к файлам на FTP-серверах возможен и по протоколу HTTP.

Обмен файлами производится с помощью специализированных программ — FTP-клиентов (AceFTP, CuteFTP). Web-браузеры Internet Explorer и Netscape Navigator также имеют средства для работы с FTP-серверами.

Для установления соединения при помощи FTP в окне программы нужно указать имя удаленного компьютера, ввести имя пользователя и пароль.

Эффективная работа с Интернетом невозможна без мощных систем поиска необходимой информации. По способу организации поиска и предоставляемым возможностям все средства поиска условно можно разбить на следующие группы:

• каталоги и специализированные базы данных;
• поисковые и метапоисковые системы.

Популярные русскоязычные каталоги и поисковые системы: Rambler, Яndex, Google, Апорт, Mail.ru.

Современные поисковые системы часто являются информационными порталами, которые предоставляют пользователям не только возможности поиска документов в Интернете, но и доступ к другим информационным ресурсам: новостям, информации о погоде, валютном курсе и т. д.

IRC-серверы (Internet Relay Chat) — серверы, на которых реализуется интерактивное общение в форме обмена текстовыми сообщениями, аудио- или видеоконференций. Для организации интерактивного общения необходимо специальное программное обеспечение (например, программа NetMeeting, входящая в состав Internet Explorer).

Интерактивное общение можно также организовать с помощью ICQ-серверов. Для того чтобы стать абонентом системы ICQ, достаточно скачать программу ICQ-клиент с файлового сервера и в процессе ее установки на компьютер зарегистрироваться (получить уникальный идентификационный номер). После подключения к Интернету пользователь может начинать общение с любым зарегистрированным в системе ICQ и подключенным в данный момент к Интернету пользователем.