Локальные и глобальные компьютерные сети, сетевые технологии обработки информации

Дефиниция компьютерной сети

Компьютерная сеть — это совокупность компьютеров и различных связанных с ними электронных устройств, для которых с помощью специальных средств связи обеспечена возможность непосредственного обмена информацией в реальном масштабе времени (т.е. практически мгновенно). Такой обмен позволяет пользователям сети не только сформировать общее информационное пространство, в котором каждый человек, имеющий доступ к данной сети, становится потенциальным обладателем всей находящейся в ней информации, но и одновременно вести совместную работу по преобразованию этой информации (редактирование, дополнение, исправление и т. д.) нескольких пользователей. Кроме того, объединение компьютеров и связанных с ними электронных устройств в компьютерную сеть позволяет каждому пользователю удаленно управлять работой любого из этих устройств.

Опорными аппаратно-программными компонентами любой сети являются специализированные компьютеры с особым программным обеспечением, которые получили название «компьютер-маршрутизатор»^[1] и «компьютер-концентратор» (хаб), или более усовершенствованная версия — сетевой «компьютер-коммутатор»^[2]. Основная функция маршрутизаторов — анализ состояния доступных сетевых каналов, по которым может перемещаться информация (файлы). Маршрутизаторы должны уметь определить в каждый момент времени оптимальный маршрут (оптимальные маршруты) для доставки пакетов данных от одного конечного узла сети к другому. Маршрутизатор соединяет несколько сетей в так называемую интерсеть. Для этого используется специальный протокол связи маршрутизаторов (протокол маршрутизации). С помощью специальных протоколов обмена маршрутами (протоколов сетевого уровня) компьютеры-маршрутизаторы формируют в каждый данный конкретный момент времени маршрутную карту межсетевых связей и принимают решение о том, по каким линиям (по каким маршрутам) нужно передавать в сети тот или иной пакет данных, для того чтобы он был доставлен в нужную точку наиболее рациональным способом (например, максимально быстро и без потерь).

Основная функция сетевого коммутатора — соединение нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких ее сегментов. Его основной функцией является обслуживание запросов, которые поступают от подключенных к нему конечных компьютеров или сетевых объединений компьютеров (компьютерных узлов). Хаб время от времени автоматически опрашивает подключенные к нему узлы компьютерной сети, для того чтобы выяснить их состояние (например, узел может быть свободен, может быть в состоянии передачи информации или ее приема). Одновременно с этим компьютерный хаб (сетевой коммутатор) анализирует поступающие на него запросы по уровню приоритетности обработки запроса и в соответствии с ранжированием приоритетов обслуживает в первую очередь запросы, требующие немедленной реакции, а затем запросы с обычным приоритетом.

Такая архитектура работы компьютерной сети доказала свою высокую эффективность и стала основой функционирования не только локальных сетей, но и всей глобальной сети Интернет. В процессе реализации американского военного проекта по построению надежных, устойчивых к повреждениям и высокопроизводительных компьютерных сетей (проекта DARPA — Defence Advanced Research Projects Agency) оказалось, что положенная в его основу модель взаимодействия между компьютерами может эффективно использоваться не только в военной, но и в гражданской сфере. Очень быстро эта технология стала применяться для создания образовательных, коммерческих, научно-исследовательских и других сетей, т. е. для формирования глобальной информационной инфраструктуры, в результате чего появился Интернет, превратившийся сегодня в главную международную информационно-коммуникационную среду.

Общепринятая классификация компьютерных сетей строится на следующих принципах. Компьютерные сети различают:

• 1) по размеру территории, которую покрывает данная сеть (территориальная распространенность). По этому признаку сети делятся на локальные, региональные и глобальные;
• 2) владельцу сети (по принадлежности сети). По этому признаку сети делятся на ведомственные (корпоративные), государственные и коммерческие;
• 3) скорости передачи информации в сети. По этому признаку сети делятся на высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с), среднескоростные (до 100 Мбит/с) и низкоскоростные (до 10 Мбит/с);
• 4) типу физических устройств, обеспечивающих связь (тип среды передачи). По этому признаку сети делятся на оптоволоконные сети^[3], сети, использующие коаксиальный кабель^[4], витую пару^[5], радиоканалы^[6], спутниковую связь^[7] и т. д.

Локальные компьютерные сети используют для объединения компьютеров и связанных с ними устройств в относительно небольшом замкнутом пространстве. Например, в помещении школьного или вузовского учебного класса или в нескольких смежных аудиториях; для всех компьютерных устройств отдела, лаборатории, факультета или вуза, которые находятся в одном здании или в расположенных рядом друг с другом зданиях, и т. п.

В небольших локальных сетях каждый компьютер обладает определенной степенью самостоятельности, т. е. работающий на нем пользователь вправе решать, какие информационные ресурсы, расположенные на этом компьютере, он хочет сделать общедоступными. Такие сети называются Классификация компьютерных сетей одноранговыми сетями. Если локальная сеть содержит более 10 компьютеров, то для увеличения ее пропускной способности и надежности, т. е. для большей эффективности работы в этой сети, а также для обеспечения безопасности, в сети выделяют специальные компьютеры, на которых хранятся наиболее востребованные пользователями программные приложения и файлы. Такие компьютеры называются серверами. В локальной сети для связи компьютеров обычно используют специальные кабели или специальные средства беспроводной связи (в последнее время для этой цели чаще всего используется технология Wi-Fi).

Если необходимо объединить в сеть компьютерные устройства, которые расположены в территориально удаленных друг от друга местах, необходимо сформировать так называемую региональную сеть. Такие сети способны соединять компьютеры в пределах одного региона (города, страны, континента).

Корпоративные сети создаются в основном для защиты от несанкционированного доступа информации, которой должны обмениваться при решении своих профессиональных задач люди, относящие себя к какому-либо учреждению (корпорации). Например, корпоративными сетями пользуются сотрудники коммерческих компаний (в первую очередь, банков), разных специализированных организаций и ведомств (например, военных и гражданских закрытых учреждений и т. п.), государственных органов и всех прочих организаций, информационное пространство которых должно быть закрыто для посторонних лиц. Такие организации формируют собственные компьютерные сети, доступ в которые регламентируется специальными правилами и особыми техническими приемами. Корпоративные сети могут быть очень большими, объединять тысячи и десятки тысяч компьютеров, размещенных в различных странах и городах. Крупнейшей транснациональной и трансконтинентальной корпоративной сетью такого рода владеет корпорация Microsoft. Для обозначения корпоративных сетей обычно используют термин «Интранет», т. е. внутренняя сеть, или сеть внутри другой сети (как бы мини-Интернет).

Глобальной сетью в настоящее время является сеть Интернет. В нее также входят многие локальные, региональные и корпоративные сети; это самая большая компьютерная сеть, включающая в себя сотни миллионов компьютеров (по некоторым оценкам, к 2013 г. в глобальной сети Интернет было зарегистрировано уже около 1,5 млрд компьютеров). Надежность работы глобальной сети обеспечивается высокой избыточностью каналов связи.

• [1] Маршрутизатор на компьютерном профессиональном жаргоне называется также роутером (от англ. router — устройство маршрутизации, программа маршрутизации, программа трассировки, трассировщик). См.: Большой англо-русский политехнический словарь.
• [2] На компьютерном жаргоне такие компьютеры называются «свич» (свитч) (от англ. switch — переключатель).
• [3] Оптоволоконная связь — способ передачи информации, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического (ближнего инфракрасного) диапазона, а в качестве направляющих систем — волоконно-оптические кабели. Благодаря высокой несущей частоте и широким возможностям мультиплексирования, пропускная способность волоконно-оптических линий многократно превышает пропускную способность всех других систем связи.
• [4] Коаксиальный кабель — специальный электрический кабель, используемый для передачи высокочастотных сигналов.
• [5] Витая пара — вид кабеля связи в виде одной или нескольких пар изолированных проводников, скрученных между собой, покрытых пластиковой оболочкой.
• [6] Радиосвязь — разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве.
• [7] Спутниковая связь — один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.