1.1 Основные понятия компьютерных сетей
«Компьютерная сеть» (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения.
По назначению компьютерные сети распределяются на [16]:
Вычислительные сети предназначены главным образом для решения заданий пользователей с обменом данными между их абонентами. Информационные сети ориентированы в основном на предоставление информационных услуг пользователям. Смешанные сети совмещают функции первых двух.
Для классификации компьютерных сетей используются разные признаки. Наиболее распространенная классификации компьютерных сетей представлена далее.
По территориальной распространенности компьютерные сети делятся на:
- CAN (Controller Area Network — сеть контроллеров) — стандарт промышленной сети, ориентированный прежде всего на объединение в единую сеть различных исполнительных устройств и датчиков.
- LAN (Local Area Network) — локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.
- MAN (Metropolitan Area Network) — городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много локальных вычислительных сетей.
- WAN (Wide Area Network) — глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.
- PAN (Personal Area Network) — персональная сеть, предназначенная для взаимодействия различных устройств, принадлежащих одному владельцу.
По типу функционального взаимодействия сети бывают:
По типу используемой сетевой топологии компьютерные сети могут быть объединены в шину, кольцо, двойное кольцо, звезду, дерево.
По типу среды передачи принято выделять проводные (телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель) и беспроводные (передачей информации по радиоволнам в определенном частотном диапазоне) сети.
По функциональному назначению выделяют сети хранения данных, серверные фермы, сети управления процессом, сети soho и домовые сети.
Отдельными признаками классификации компьютерных сетей могут выступать — скорость передачи данных в сетям и поддерживаемая операционная система.
1.2 Классы информационных сетей как открытых информационных систем
Под «информационной сетью» будем понимать сеть, предназначенную для обработки, хранения и передачи данных [16, 32].
Информационная сеть состоит из:
Под «коммуникационной сетью» принято понимать систему физических каналов связи и коммутационного оборудования, реализующая тот или иной низкоуровневый протокол передачи данных. По типу переносимого сигнала выделяют цифровые и аналоговые сети. Назначением коммуникационных сетей является передача данных с минимальным количеством ошибок и искажений.
Коммуникационная сеть может обеспечивать выполнение задач, связанных с преобразованием данных (сборкой символов в пакеты, обеспечение достоверности передачи и т.д.).
Как отмечалось ранее, на основе коммуникационной сети может строиться информационная сеть, к примеру — на основе сетей Ethernet как правило строятся сети TCP/IP, которые в свою очередь образуют глобальную сеть Интернет.
На базе коммуникационной сети может быть построена не одна, а группа информационных сетей.
В зависимости от расстояния между абонентскими системами, информационные сети подразделяются на следующие классы: глобальные, территориальные и локальные информационные сети. Различают универсальные и специализированные информационные сети.
Информационные сети, принадлежащие государству, называют общественными сетями. Информационные сети, созданные концернами, объединениями, фирмами, именуются частными сетями.
Еще одним популярным способом классификации информационных сетей является их классификация по масштабу производственного подразделения, в пределах которого действует сеть. Различают сети отделов, сети кампусов и корпоративные сети:
1. Сети отделов — это сети, которые используются сравнительно небольшой группой сотрудников, работающих в одном отделе предприятия. Обычно сети отделов имеют один или два файловых сервера и не более тридцати пользователей. Сети отделов обычно не разделяются на подсети.
2. Сети кампусов. Сети кампусов получили свое название от английского слова campus — студенческий городок. Сети этого типа объединяют множество сетей различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории, покрывающей площадь в несколько квадратных километров. При этом глобальные соединения в сетях кампусов не используются. Службы такой сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к общим базам данных предприятия, доступ к общим серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам. В результате сотрудники каждого отдела предприятия получают доступ к некоторым файлам и ресурсам сетей других отделов.
3. Корпоративные сети. Корпоративные сети называют также сетями масштаба предприятия. Сети масштаба предприятия (корпоративные сети) объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Они могут быть сложно связаны и покрывать город, регион или даже континент. Число пользователей и компьютеров может измеряться тысячами, а число серверов — сотнями, расстояния между сетями отдельных территорий могут оказаться такими, что становится необходимым использование глобальных связей. Для соединения удаленных локальных сетей и отдельных компьютеров в корпоративной сети применяются разнообразные телекоммуникационные средства, в том числе телефонные каналы, радиоканалы, спутниковая связь.
Урок 11. Компьютерные сети
Компьютерная сеть — это группа (два и более) компьютеров, соединенных каналами передачи данных.
Компьютерные сети обеспечивают:
— совместное использование ресурсов (сканеров, модемов, принтеров и т. д.);
— совместное использование программного обеспечения и баз данных;
— совместную работу пользователей над некоторым заданием и проектом;
— возможность удаленного управления компьютерами.
В зависимости от выполняемых в сети функций различают компьютеры-серверы и компьютеры-клиенты:
- Сервер — это компьютер, предоставляющий доступ к собственным ресурсам или управляющий распределением ресурсов сети.
- Клиент-компьютер, использующий ресурсы сервера.
По территориальному признаку сети разделяются на локальные и глобальные. Локальные сети — это сети, состоящие из близко расположенных компьютером (сеть здания, помещения и т. д.).
Глобальные сети — это сети, охватывающие большие территории и включающие большое число компьютеров.
По архитектуре различают: одноранговые сети и сети с выделенным сервером.
Одноранговые сети — это сети, в которых каждый может представлять свои ресурсы другим компьютерам сети и использовать другие.
Сети с выделенным сервером — это сети, в которых один или несколько компьютеров являются серверами, а все остальные — клиентами.
Компьютерные сети могут разделяться по скорости передачи данным. Пропускная способность сети — это максимальное количество бит, которые могут быть переданы за одну секунду.
Давайте рассмотрим локальные сети. Во многом большинство характеристик локальных сетей определяется конфигурацией или топологией сетей. Топология — это конфигурация сети, способ соединения ее элементов друг с другом.
Чаще всего используются следующие топологии сетей:
- Шинная топология. Все компьютеры сети подключаются к одному кабелю.
- Кольцевая топология. Данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому.
- Радиальная топология. Каждый компьютер через специальные сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству.
- Древовидная топология. Образуется соединением между собой несколькими звездообразных топологий.
Локальные сети ориентированы прежде всего на сравнительно небольшое количество компьютеров.
Что же касается глобальных сетей, то она ориентирована на обслуживание неограниченного круга пользователей. Самый впечатляющий пример глобальной сети — это ИНТЕРНЕТ.
Интернет — это глобальная сеть, в которой многочисленные научные, корпоративные, государственные и другие сети, а также персональные компьютеры отдельных пользователей соединены между собой каналам передачи данных.
Основной аппаратной структурой сети Интернет можно считать мощные компьютеры (узлы) и связывающие их высокоскоростные магистральные каналы передачи данных. Организации, имеющие в собственности и обслуживающие такое оборудование, называются провайдерами.
За каждым компьютерным узлом в Интернете закреплён постоянный адрес, называемый IP-адресом. Давайте рассмотрим технологию IP- адресации.
Такие адреса получают и пользователи сети Интернет, но в отличии от адресов узлов они действуют только во время подключения пользователя к сети и изменяются при каждом новом сеансе.
IP-адрес представляет собой 32-битный идентификатор, например:
Так как человеку сложно воспринимать такую длинную строку, ее делят на 4 равные части:
Чтобы пользователи было еще удобнее работать с IP-адресом каждую часть переводят в 10-ую систему счисления:
Таким образом число в IP-адресе не может превышать 255.
Мы говорили уже о том, что Интернет представляет собой сеть сетей, поэтому технология IP-адресов учитывает этот факт следующим образом:
Любой IP адрес состоит из двух частей: IP-адрес сети и IP-адрес узла этой сети. При этом деление адреса на части происходит с помощью маски — 32-битным числом, в двоичной записи которого сначала стоят единицы, потом — нули. Первая часть IP- адреса, соответствующая единичным битам маски, относится к адресу сети, а вторая, соответствующая нулям маски, — определяет числовой адрес узла сети. Адрес сети получается в результате поразрядной конъюнкции к IP адреса узла и маски.
Напомним, Конъю́нкция — логическая операция, по своему применению максимально приближённая к союзу «и». Пример:
Пусть дан IP-адрес узла 217.9.142.131 и с помощью маски 255.255.192.0 надо получить IP-адрес сети.
Сначала переведем IP-адрес узла и маски в двоичный вид и произведен поразрядную конъюнкцию:
При этом часть IP-адреса сети, соответствующая единицам в маске, указывает на IP-адрес сети, к которой привязана сеть, а часть, соответствующая нулям, отдается на нумерацию компьютеров пользователей этой сети.
Желтым цветом выделена часть IP-адреса сети, указывающей на узел, а зеленым — на нумерацию пользователей.
Таким образом на нумерацию пользователей такой IP-адрес сети выделяет 14 бит, при этом два адреса из них не используется (адрес сети и широковещательный) А значит она позволяет пользоваться одновременно 16382 компьютера.
Список обязательной и дополнительной литература для углубленного изучения темы
— Босова Л. Л., Босова А. Ю. Информатика. 11 класс. Базовый уровень. — М.: БИНОМ, 2016
— Угринович Н. Д. Информатика и ИКТ. Базовый курс. Учебник для 7—9 классов/ М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005
— Семакин И. Г., Е. К. Хеннер. Информатика и ИКТ. 10—11 класс/ М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008
— К. Ю. Поляков, Е. А. Еремин. Информатика. 11 класс. Базовый и углубленный уровни: учебник в 2 ч. Ч. 1 / М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016