8 Лекция по компьютерным сетям компьютерные сети
Компьютерная сеть – соединенные между собой компьютеры. Позволяет обмениваться данными и совместно использовать общие ресурсы – документы, данные, программы технические устройства (принтеры, вычислительные мощности процессоров и т.п.).
Локальная сеть соединяет компьютеры в одном помещении, здании или нескольких соседних зданиях. Охватывает не более нескольких десятков компьютеров, расположенных на расстоянии от нескольких метров до 2 километров.
Корпоративная сеть соединяет компьютеры и локальные сети организации (компании, министерства и т.п.), которые могут находиться в разных регионах и странах. Региональная сеть соединяет компьютеры и локальные сети на территории города, региона. Глобальная сеть соединяет компьютеры и локальные сети на большой территории (разные страны и материки). Региональные и глобальные сети называют территориальными.
В мире несколько сотен глобальных сетей. Наиболее мощная – всемирная сеть Интернет (Internet), основанная на оказавшейся очень эффективной технологии (протоколах). Локальную или корпоративную сеть, работающую по той же технологии (что, в частности, обеспечивает удобное включение в Интернет) называют Интранет (Intranet, Интрасеть).
Лицо или орган управляющие работой сети (если они есть в данной сети) называют системным администратором.
Локальные сети могут быть одноранговыми – все узлы (компьютеры) равноправны или (в большинстве случаев) с выделенным сервером. Функции сервера * (центрального компьютера) может выполнять специальный мощный или обычный персональный компьютер (ПК). При этом остальные компьютеры (чаще всего обычные ПК) называют рабочими станциями или клиентами.
Топология (конфигурация) локальной сети – схема соединения компьютеров. Все варианты топологии основаны на трех базовых:
кольцо – компьютеры соединяются «по кругу»;
звезда (радиальная) – каждый компьютер соединен с центральным узлом;
шинная – все компьютеры подключены к линейной шине (магистрали, линии передачи).
Для соединения компьютеров в локальной сети могут использоваться:
- витая пара (скрученная пара медных проводов) * * – скорость передачи до 100 Мбит/с, расстояние до 1 км, обычно в пределах 100 м;
- коаксиальный кабель (внутренняя медная жила, слой изоляции, внешний экран, оболочка, пример – телевизионная антенна) – скорость передачи до 500 Мбит/с, расстояние до 10 км;
- волоконно-оптический (стекло-волоконный, оптоволоконный) кабель ( передача света по центральному стекловоду – волокну из кварцевого стекла толщиной в человеческий волос, окруженному стеклянной оболочкой) – скорость передачи до 100 Гбит/с, расстояние (без ретрансляции) более 50 км.
Используется также беспроводная связь электромагнитными волнами различного диапазона, включая спутниковую связь и инфракрасное излучение. В частности, беспроводная локальная сеть стандарта Wi-Fi(WirelessFidelity– беспроводная точность) обеспечивает скорость передачи до 11 Мбит/сек. Для подключения компьютера к сети может использоваться:
- сетевая плата (сетевая карта, сетевой адаптер), подключающая его к специальной кабельной линии для передачи сигналов в цифровом двоичном коде (каждая карта имеет уникальнй 48-битовый адрес);
- модем (модулятор–демодулятор), подключающая его к телефонной линии. Здесь цифровые данные компьютеры преобразуются в непрерывные электрические импульсы (модулируются), передаются по телефонным каналам, а после приема снова преобразуются в цифровой двоичный код (демодулируются).
Для связи на дальнее расстояние (расширение сети) и соединения локальных сетей используется коммуникационное оборудование (отдельный компьютер с дополнительной аппаратурой или рабочая станция (сервер) с несколькими сетевыми платами):
- повторитель (репитер*) усиливает сигнал для передачи его далее по сети;
- концентратор (хаб* *) объединяет несколько рабочих станций, подключая их как единый сегмент к сети;
- мост соединяет сегменты одной сети или сети с одинаковой технологией передачи данных;
- маршрутизатор (роутер* **) соединяет сети разного типа, но с одинаковым программным обеспечением, определяя куда нужно направить данные и лучший маршрут их передачи;
- шлюз соединяет сети с разными технологиями передачи данных;
Такое оборудование подразделяют на мультиплексоры(один выход, несколько входов),демультиплексоры(несколько выходов, один вход) икоммутаторы(несколько входов и выходов). Для защиты информации используются сетевые экраы (межсетевой экран, щит, брандмауэр, файрвол,FireWall* ***)– программы, специальные технические устройства или специально выделенный компьютер, которые «отгораживают» защищаемый компьютер или локальную сеть от внешней сети, пропуская в обе стороны только разрешенные данные и команды, а при затруднениях обращающиеся за разрешением к администратору сети. Взаимодействие компьютеров в сети обеспечивается за счет соблюдения сетевых протоколов – правил представления и передачи данных, которые реализуются аппаратно или программно. Передача данных состоит из ряда этапов (уровней), на каждом из которых используется свой протокол. Эталонной является модель обмена информацией в открытой системеOSI (Open System Interchange) или модель взаимодействия открытых систем, предложенная в 1984 г. и включающая 7 уровней протоколов:
- физический– непосредственная передача сигналов по линиям связи;
- канальный (уровень соединения)– формирование сигналов для передачи, обнаружение и исправление ошибок, возникающих при физической передаче (этот уровень может реализоваться модемом или сетевой картой);
- сетевой – определение маршрутов (маршрутизация) передачи пакетов, на которые разбиваются передаваемые данные (разные пакеты из одного сообщения могут направляься по разным путям);
- транспортный – формирование адреса отправителя и получателя, разборка данных на пакеты и сборка на компьютере–получателе с контролем доставки пакетов и устранением возникших при этом ошибок;
- сеансовый– открытие и закрыти сеанса связи с определением ее характера (одностороняяя или двухстороняя, последовательная или параллельная передача в обе стороны);
- представительный– определение кодов и форматов передачи данных с соответствующим их преобразованием;
- прикладной – определение данных для передачи, формируемых прикладной программой (например, отправления по электронной почте).
На компьютере отправителя выполняются этапы с 7-го по 1–ый уровень, а на компьютере получателя те же этапы в обратном порядке для восстановления сообщения. На промежуточных компьютерах могут выполняться с 1-го по 3-ий этап для дальнейшей отправки поступившего пакета (который является частью всего сообщения).
1. Компьютерные сети
Компьютерной сетью называется совокупность компьютеров, взаимосвязанных через каналы передачи данных, обеспечивающих пользователей средствами обмена информации и коллективного использования ресурсов сети.
Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:
- обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;
- обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.
- Техническое обеспечение– это ЭВМ различных типов, средства связи, оборудование абонентских пунктов. Основные требования, которые предъявляются к техническому обеспечению сети, это универсальность, и модульность, обеспечивающая возможность наращивания и изменения конфигурации сети.
- Информационное обеспечение сетипредставляет собой единый информационный фонд, ориентированный на решаемые в сети задачи. В состав информационного обеспечения входят база знаний, банки данных и т.д.
- Программное обеспечение сетипредназначено для организации коллективного доступа к ее ресурсам, динамического распределения и перераспределения ресурсов сети с целью максимальной загрузки технических средств. Основным компонентом программного обеспечения сети являютсясетевые операционные системы, которые представляют собой комплекс управляющих и обслуживающих программ.
1.2 Основные характеристики компьютерных сетей
- Скорость передачиданных по каналу связи — измеряется количеством битов информации, передаваемых за единицу времени. Единица измерения скорости передачи данных —Мегабит в секунду (Мбит/с). Скорость передачи данных зависит от типа и качества канала связи, типа используемых модемов.
- Пропускная способностьканала связи— оценивается количеством знаков, передаваемых по каналу за единицу времени. Теоретическая пропускная способность определяется скоростью передачи данных. Единица измерения пропускной способности канала связи –количествознаков в секунду.
- Достоверностьпередачиинформации— оценивают как отношение количества ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков. Единица измерения достоверности –количество ошибок на знак.
- Надежность коммуникационнойсети определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы. Единица измерения надежности —среднее время безотказнойработы в час.
- Время реакции сети– это время, затрачиваемое программным обеспечением и устройствами сети на подготовку к передаче информации по данному каналу. Время реакции сети измеряетсямиллисекундах.
1.3 Классификация компьютерных сетей
Современные сети можно классифицировать по различным признакам: По удаленности компьютеров:
- ЛокальныеLAN (LocalAreaNetwork) — сеть в пределах предприятия, учреждения, одной организации. Компьютеры расположены на расстоянии до нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи.
- РегиональныеMAN (Metropolitan Area Network)- объединяют пользователей области, города, небольших стран. В качестве каналов связи используются телефонные линии. Расстояние между узлами сети составляет от 10 до 1000 км.
- ГлобальныеWAN (Wide Area Network) — включают другие глобальные сети, локальные сети, а также отдельно подключаемые к ней компьютеры.
По назначениюи перечню предоставляемых услуг:
- Общееиспользованиефайлов и принтеров — с помощью специальной ЭВМ (файл-сервер, принтер-сервер) организуется доступ пользователей к файлам и принтерам.
- Общееиспользованиебаз данных — с помощью специальной ЭВМ (сервер баз данных) организуется доступ пользователей к базе данных.
- Применениетехнологий Интернет — электронная почта, Всемирная паутина, телеконференции, видеоконференции, передача файлов через Интернет.
По способу организации взаимодействия:
- Одноранговые сети — все компьютеры одноранговой сети равноправны, при этом 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.
- Сети свыделеннымсервером(иерархическиесети) — при установке сети заранее выделяются один или несколькосерверов— компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называютклиентомсетиилирабочейстанцией. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы. Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных. К недостаткам иерархической сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся:
- Необходимость дополнительной ОС для сервера.
- Более высокая сложность установки и модернизации сети.
- Необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера
Потехнологиииспользования сервера:
- Сети с архитектурой файл-сервер— используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции.
- Сети с архитектурой клиент-сервер— между приложением-клиентом и приложением-сервером осуществляется обмен данными. Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль за доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса.
Поскоростипередачи информациикомпьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные:
- Низкоскоростныесети — до 10 Мбит/с;
- Среднескоростныесети- до 100 Мбит/с;
- Высокоскоростныесети — свыше 100 Мбит/с.
По типу среды передачисети разделяются на
- Проводные(на коаксиальном кабеле, на витой паре, оптоволоконные);
- Беспроводныес передачей информации по радиоканалам или в инфракрасном диапазоне.
По топологии (как соединены компьютеры между собой):
- Общая шина
- Звезда
- Кольцо