Введение. Построение компьютерных сетей
Компьютерная сеть – совокупность компьютеров, устройств печати, сетевых устройств и компьютерных программ, связанных между собой кабелями или радиоволнами.
Коммутация по проводам
использованием световых волн
Коммутация с помощью радиоволн и
радиорелейных станций
Общие признаки построения компьютерных сетей
Основные требования, предъявляемые к вычислительным сетям:
- Производительность. Обеспечивает возможность распараллеливания работ между несколькими КС или компьютерами сети. Существует 3 основные характеристики производительности сети:
- время реакции;
- пропускная способность;
- задержка передачи.
Время реакции – интервал времени между возникновением запроса пользователя в какой-либо сетевой службе и получение ответа на этот запрос.
Пропускная способность – отражает объем данных, передаваемых сетью или ее частью за единицу времени. Она может быть мгновенной, максимальной и средней. Измеряется в бит/сек или пакет/сек.
Задержка передачи – определяется как задержка между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства или части сети и моментом появления его на выходе этого устройства.
- Надежность и безопасность. Для технических устройств используются такие показатели надежности как среднее время наработки на отказ, вероятность отказа и интенсивность отказа.
Для определения надежности применяются следующие характеристики:
- готовность (коэффициент готовности) – доля времени, в течении которого система может быть использована;
- безопасность сети — способность системы защитить данные от несанкционированного доступа;
- отказоустойчивость – способность системы скрыть от пользователя отказ отдельных ее элементов.
- Расширяемость и масштабируемость.
Расширяемость – возможность сравнительно легкого добавления отдельных сети (пользовательских компьютеров, приложений, служб), наращивания длины сегментов в сети и замены существующей аппаратуры на более мощную.
Масштабируемость – сетевое устройство позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается. Для обеспечения масштабируемости сети приходиться применять дополнительное коммуникационное оборудование и специальным образом структурировать сеть.
- Прозрачность. Достигается в том случае, когда сеть представлена пользователю не как множество отдельных компьютеров, связанных между собой сложной системой кабелей, а как единая система с разделением времени.
Может быть достигнута на двух различных уровнях – на уровне пользователя и на уровне программирования. На уровне пользователя – для работы с удаленными ресурсами он использует те же команды и процедуры, что и для работы с локальными ресурсами.
- Поддержка разных видов трафика – мультимедиа, текстовой, голосовой.
- Управляемость сети. Возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе в сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.
- Совместимость. Сеть способна включать в себя самое разнообразное программное обеспечение, аппаратное обеспечение; т.е. в ней могут сосуществовать различные ОС, поддерживающие разные стеки сетевых протоколов и работать аппаратные средства и приложения от различных производителей.
Введение в компьютерные сети.
В книге приведены основные сведения о компьютерных сетях, их компонентах и технологиях. Рассмотрены все разновидности локальных и глобальных компьютерных сетей, рассказано об особенностях их структур, компонентов и методах применения. Особое внимание уделено вопросам безопасности компьютерных сетей.
Компьютеры и компьютерные сети – важная часть сегодняшнего мира, а область их применения охватывает буквально все сферы человеческой деятельности. Последние два десятилетия характеризуются динамичным развитием сетевых технологий.
Это связано с широкой популярностью, пришедшей к Интернету, развитием веб-технологий, электронной почты, потокового аудио и видео, систем обмена сообщениями в реальном времени и т.п.
Повсеместное использование компьютерных сетей требует от современного пользователя наличия соответствующих знаний и навыков. Важное значение в приобретении этих знаний имеет раздел «Компьютерные сети» общего учебного курса дисциплины «Информатика».
Сам учебный предмет «Компьютерные сети», включающий в себя множество концепций и технологий, является достаточно сложным и запутанным для новичка. Кроме того, профессиональная литература, целиком посвященная компьютерным сетям, слишком избыточна и сложна для понимания студентами непрофильных специальностей и направлений.
В данном учебном пособии предпринята попытка компактного изложения основ технологий компьютерных сетей без углубления в детали, объяснения общеупотребительных в настоящее время терминов и определений, связанных с функционированием компьютерных сетей.
Вначале дается общее описание сетевых компьютерных технологий, основы построения и функционирования локальных и глобальных компьютерных сетей, принципы взаимодействия устройств сети, приводятся наиболее важные термины и определения, далее рассматриваются популярные сетевые службы и сервисы, такие как всемирная паутина WWW, служба передачи файлов FTP, электронная почта, служба трансляции имен и облачные сервисы.
Заключительная теоретическая часть посвящена вопросам сетевой безопасности: безопасному сетевому взаимодействию, разновидности сетевых атак, основам шифрования данных и цифровой подписи, типам вредоносного программного обеспечения.
Компьютерные сети Введение в компьютерные сети
Наряду с автономной работой значительное повышение эффективности использования компьютеров может быть достигнуто объединением их в компьютерные сети (network).
Под компьютерной сетью в широком смысле слова понимают любое количество компьютеров, связанных между собой каналами связи для передачи данных.
Существует ряд веских причин для объединения компьютеров в сети. Во-первых, совместное использование ресурсов позволяет нескольким ЭВМ или другим устройствам осуществлять совместный доступ к отдельному диску (файл-серверу), дисководу CD-ROM, стримеру, принтерам, плоттерам, к сканерам и другому оборудованию, что снижает затраты на каждого отдельного пользователя.
Во-вторых, кроме совместного использования дорогостоящих периферийных устройств, имеется возможность аналогично использовать сетевые версии прикладного программного обеспечения. В-третьих, компьютерные сети обеспечивают новые формы взаимодействия пользователей в одном коллективе, например, при работе над общим проектом.
В-четвертых, появляется возможность использовать общие средства связи между различными прикладными системами (коммуникационные услуги, передача данных и видеоданных, речи и т. д.). Особое значение имеет организация распределенной обработки данных. В случае централизованного хранения информации значительно упрощаются процессы обеспечения ее целостности, а также резервного копирования.
В компьютерной сети существует 7 уровней взаимодействия между компьютерами: физический, логический, сетевой, транспортный, уровень сеансов связи, представительский и прикладной. Данную взаимосвязь между компьютерами описывает модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI), которая определяет различные уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.
Физический уровень (Physical Layer) определяет электрические, механические, процедурные и функциональные спецификации и обеспечивает для канального уровня установление, поддержание и разрыв физического соединения между двумя компьютерными системами, непосредственно связанными между собой с помощью передающей среды, например, аналогового телефонного канала, радиоканала или оптоволоконного канала.
Канальный уровень (Data Link Layer) управляет передачей данных по каналу связи. Основными функциями этого уровня являются разбиение передаваемых данных на порции, называемые кадрами, выделение данных из потока бит, передаваемых на физическом уровне, для обработки на сетевом уровне, обнаружение ошибок передачи и восстановление неправильно переданных данных.
Сетевой уровень (Network Layer) обеспечивает связь между двумя компьютерными системами сети, обменивающимися между собой информацией. Другой функцией сетевого уровня является маршрутизация данных (называемых на этом уровне пакетами) в сети и между сетями (межсетевой протокол).
Транспортный уровень (Transport Layer) обеспечивает надежную передачу (транспортировку) данных между компьютерными системами сети для вышележащих уровней. Для этого используются механизмы для установки, поддержки и разрыва виртуальных каналов (аналога выделенных телефонных каналов), определения и исправления ошибок при передаче, управления потоком данных (с целью предотвращения переполнения или потерь данных).
Сеансовый уровень (Session Layer) обеспечивает установление, поддержание и окончание сеанса связи для уровня представлений, а также возобновление аварийно прерванного сеанса. Уровень представления данных (Presentation Layer) обеспечивает преобразование данных из представления, используемого в прикладной программе одной компьютерной системы, в представление, используемое в другой компьютерной системе. В функции уровня представлений входит также преобразование кодов данных, их шифровка/расшифровка, а также сжатие передаваемых данных.
Прикладной уровень (Application Level) отличается от других уровней модели OSI тем, что он обеспечивает услуги для прикладных задач. Этот уровень определяет доступность прикладных задач и ресурсов для связи, синхронизирует взаимодействующие прикладные задачи, устанавливает соглашения по процедурам восстановления при ошибках и управления целостностью данных. Важными функциями прикладного уровня являются управление сетью, а также выполнение наиболее распространенных системных прикладных задач: электронной почты, обмена файлами и других
Рисунок 1. Семиуровневая модель взаимодействия между компьютерными системами
Каждый уровень для решения своей подзадачи должен обеспечить выполнение определенных моделью функций данного уровня, действий (услуг) для вышележащего уровня и взаимодействовать с аналогичным уровнем в другой компьютерной системе. Каждому уровню взаимодействия соответствует наборпротоколов (т. е. правил взаимодействия).
Под протоколом понимается некая совокупность правил, регламентирующих формат и процедуры обмена информацией. В частности, он определяет, как выполняется соединение, преодолевается шум на линии и обеспечивается безошибочная передача данных между модемами.
Стандарт, в свою очередь, включает в себя общепринятый протокол или набор протоколов.
Функционирование сетевого оборудования невозможно без взаимоувязанных стандартов. Согласование стандартов достигается как за счет непротиворечивых технических решений, так и за счет группирования стандартов. Каждой конкретной сети присуща своя базовая совокупность протоколов.