Компьютерные сети. 
Локальные и глобальные сети. 
Сетевые технологии

Компьютерные сети. Локальные и глобальные сети. Сетевые технологии

Цель: ознакомить с понятием компьютерной сети, основными компонентами сети.

Компьютерной сетью называется совокупность соединенных через каналы связи компьютеров и периферийных устройств, обеспечивающих пользователей средствами обмена информацией и коллективного использования ресурсов сети. Ресурсы бывают трех типов: аппаратные, программные и информационные.

Основная задача компьютерной сети — обеспечение простого, удобного и надежного доступа к распределенным общесетевым ресурсам и организация их совместного использования при защите от несанкционированного доступа, а также обеспечение удобных и надежных средств передачи данных между пользователями.

Основные компоненты сети:

Серверы — компьютеры, являющиеся источниками ресурсов сети.

Локальные компьютеры пользователей (рабочие станции) — компьютеры, подключенные к сети, через которые пользователи получают доступ к ее ресурсам.

Каналы связи — линии, соединяющие компьютеры между собой.

Компьютерные сети принято классифицировать по степени территориальной распределенности. При этом различают:

локальные сети (LAN — Local Area Network);

региональные (или городские) сети (MAN — Metropolitan Area Network);

глобальные сети (WAN — Wide Area Network).

Локальные сети связывают компьютеры, размещенные на небольшом расстоянии друг от друга. Как правило, они объединяют компьютеры одного или нескольких близлежащих зданий предприятия, учреждения, офиса. Главная отличительная особенность локальных сетей — единый для всех компьютеров высокоскоростной канал передачи данных. Протяженность локальной сети не более 10 км (обычно она не превышает нескольких сотен метров).

Региональные сети объединяют пользователей города, области или небольшой страны. В качестве каналов связи используются обычные телефонные линии, ISDN и др. Расстояние между узлами может измеряться сотнями и даже тысячами километров.

Глобальные сети соединяют компьютеры, расположенные на любом расстоянии друг от друга (в разных странах, на разных континентах). Инфраструктура связи в них может быть очень сложной, включая радиосвязь и спутниковые каналы. Наиболее мощная из глобальных сетей — Интернет.

Основная задача, возникающая при создании компьютерных сетей — обеспечение совместимости аппаратного и информационного обеспечения (это касается как программ, так и данных). Для ее решения была разработана так называемая модель OSI (Open Systems Interconnection — модель взаимодействия открытых систем). Она является международным стандартом передачи данных через компьютерную сеть.

Согласно модели OSI, архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях, начиная с самого нижнего — физического и до самого верхнего — прикладного. Обмен данными в сетях происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний на компьютере отправителя, затем транспортировки по каналу связи и, наконец, путем обратного воспроизведения на компьютере получателя.

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом уровне архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Протокол представляет собой совокупность правил (соглашений), в соответствии с которыми происходит передача информации через компьютерную сеть.

Имеются протоколы как аппаратного взаимодействия компонентов сети, так и взаимодействия программных средств различного уровня (программные протоколы).

Функциональные возможности компьютерных сетей определятся теми услугами, которые они предоставляют пользователю. Для реализации каждой из них необходимо соответствующее программное обеспечение. В настоящее время имеются две основные концепции построения такого ПО.

Согласно концепции файлового сервера, сетевое программное обеспечение должно быть ориентировано на предоставление всем пользователям ресурсов общедоступного центрального компьютера сети — файлового сервера (File Server). Такое программное обеспечение называется сетевой операционной системой. Ее основная часть (ядро) размещается на сервере, а на рабочих станциях устанавливается лишь небольшая оболочка, выполняющая роль интерфейса между программами на ПК пользователей и файловым сервером.

Вторая концепция базируется на так называемой архитектуре клиент — сервер. В этом случае сетевое ПО предполагает не только совместное использование ресурсов сети, но и обработку на сервере по запросам пользователей. Программное обеспечение в данном случае состоит из двух частей: сервера и клиента. Программа-клиент выполняется на локальном компьютере пользователя, она посылает запросы программе-серверу и принимает от нее требуемую информацию. Программа-сервер работает на компьютере общего доступа, производит обработку поступающих к ней запросов (возможно, сотен или тысяч одновременно) и возвращает клиенту требуемые результаты. В глобальных сетях архитектура клиент — сервер является основной.

Топология сети представляет собой логическую схему (конфигурацию) соединений компьютеров (узлов) сети посредством каналов связи. В локальных сетях, как правило, используется одна из следующих топологий: шинная, кольцевая или звездообразная. Другие топологии являются производными от перечисленных.

Сеть шинной топологии использует один канал связи (шину), объединяющий все компьютеры сети. Данные, переданные одним узлом сети, поступают во все узлы, но только один из них, для которого предназначены эти данные, распознает и принимает их.

Характерным примером использования шинной топологии является сеть Ethernet. Шинная топология обеспечивает эффективное использование пропускной способности канала связи, устойчива к неисправностям отдельных узлов, допускает быстрое подключение новых узлов.

Сеть кольцевой топологии имеет в качестве канала связи замкнутое кольцо. Такую топологию используют, в частности, сети Token Ring.

Сообщение последовательно передается по кольцу от узла к узлу в одном направлении. Необходимость ретрансляции данных приводит к снижению надежности, так как неисправность в любом из узлов сети делает ее неработоспособной.

Сеть звездообразной топологии имеет центральный узел (ЦУ) — файловый сервер, объединяющий все компьютеры.

Работоспособность сети полностью зависит от его надежности. Все данные, циркулирующие между компьютерами, проходят через ЦУ по отдельным каналам связи. Характерный пример данной топологии — Arcnet.

Программное обеспечение локальной сети. Сетевое программное обеспечение реализует различные варианты работы в локальной сети. В одноранговых сетях все компьютеры равноправны; они работают независимо друг от друга. Для одноранговых сетей характерно отсутствие централизованного управления. В них нет и серверов. При этом можно передавать сообщения от одного компьютера к другому, совместно использовать дисковое пространство любого из компьютеров сети или печатающие устройства. Одноранговые сети, как правило, небольшие (не более 5−10 компьютеров).

Другой широко распространенный вариант работы в локальной сети — использование файлового сервера, который управляет всеми ресурсами сети и обеспечивает доступ к ним пользователей других компьютеров — так называемых рабочих станций. Сетевое программное обеспечение предоставляет всем пользователям сети в совместное пользование дисковую память файлового сервера для хранения программ и данных, общий принтер и обеспечивает обмен данными между рабочими станциями. Вся обработка данных производится на компьютере пользователя, а программы и данные, хранящиеся на файловом сервере, передаются на рабочую станцию по каналам связи.

Наиболее распространенные сетевые операционные системы — Novell NetWare и Microsoft Windows NT (2000, XP). Эти системы поддерживают функционирование сети и регулируют процесс совместного использования сетевых ресурсов. Кроме того, они обеспечивают защиту данных, размещаемых на сервере, от несанкционированного доступа и управляют правами доступа к ним.

Работа в сети Windows 95/98: При включении компьютера сразу же после загрузки Windows на экране появляется диалоговое окно, через которое пользователь должен зарегистрироваться в сети. Для этого необходимо ввести регистрационное (сетевое) имя и пароль. Если пароль будет введен неверно, на компьютере работать можно, но сеть будет недоступна.

После регистрации пользователь может видеть те объекты сети, к которым ему предоставлен доступ, в частности тома и каталоги сетевых дисков, отображенные на логические дисковые устройства его компьютера.

Доступ пользователя к сетевым ресурсам в Windows осуществляется через папку Сетевое окружение, значок которой располагается на Рабочем столе. Чтобы открыть эту папку, необходимо дважды щелкнуть мышью на значке. В папке находятся сетевые ресурсы, находящиеся на компьютерах, подключенных к сети и входящих в данную рабочую группу. Рабочей группой называется группа компьютеров, работающих над одним проектом в одноранговой сети Windows. В рамках ой локальной сети могут работать несколько рабочих групп. Лицо, управляющее организацией работы пользователей, называется администратором сети.

Для связи локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства, называемые шлюзами. Шлюзы могут быть как аппаратными, так и программными. Для обеспечения сетевой безопасности (доступ посторонних лиц к сети) используются брадмауэры — специальный компьютер или специальная программа, препятствующая несанкционированному перемещению данных между сетями.

Интернет представляет собой глобальную компьютерную сеть. Само ее название означает «межсеть». Это сеть, объединяющая множество различных сетей.

Основные ячейки Интернета — локальные вычислительные сети (ЛВС). Существуют также компьютеры, самостоятельно (непосредственно) подключенные к Интернету. Они называются хост-компьютерами (hosts). Каждый подключенный к сети компьютер имеет свой уникальный адрес (IP-адрес), по которому его может найти любой абонент.

Организации, которые обеспечивают пользователям доступ в Интернет, называются поставщиками услуг Интернета или провайдерами. Они предоставляют возможность подключения к своим серверам и выделяют IP-адреса. Подобные услуги оказываются ими на договорной основе за определенную плату.

К основным службам Интернета относятся: Всемирная паутина (World Wide Web); электронная почта (E-Mail); телеконференция (Usenet) и передача файлов (FTP).

Существует два способа подключения к Интернету компьютера пользователя.

• 1. Через локальную сеть организации по специальной линии (каналу) связи. В этом случае пользователь получает доступ в Интернет непосредственно через сервер локальной сети.
• 2. В режиме удаленного доступа. Локальный компьютер пользователя подключается к серверу Интернета автономно по телефонным линиям связи посредством модема.

От типа линии связи зависит ее пропускная способность (измеряется в бодах — битах в секунду). При подключении к Интернету в режиме удаленного доступа скорость передачи данных в значительной степени зависит от качества телефонной линии связи и, как правило, невысока (порядка 20−40 тыс. бод). Передача информации по выделенной линии более качественная и осуществляется значительно быстрее.

В основе Интернета лежит протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol — протокол управления передачей / межсетевой протокол). Точнее говоря, это не один протокол, а набор протоколов (так называемый стек протоколов), лежащих на разных уровнях.

В соответствии с моделью взаимодействия открытых систем (OSI) выделяют 7 уровней взаимодействия (управления обменом данными) между компьютерами: физический, логический (или канальный), сетевой, транспортный, сеансовый, представительный (или уровень представления данных) и прикладной. При этом каждому уровню взаимодействия соответствует определенный набор протоколов.

Протокол TCP в основном соответствует сеансовому уровню и отвечает за организацию обмена пакетами данных. Протокол IP принадлежит сетевому и транспортному уровню и отвечает за правильность доставки сообщений по указанному адресу (маршрутизацию). При этом разные пакеты одного и того же сообщения могут быть доставлены совершенно разными путями. компьютер файловый сервер интерфейс Для идентификации компьютеров в сетях с протоколом TCP/IP используются IP-адреса. В настоящее время IP-адрес записывается в виде четырехбайтовой комбинации, которую можно представить в двоичной и десятичной системах кодирования. При этом в качестве разделителя между байтами (октетами) используется точка. Например, адресу 10 000 000.00101101.1 001.10001000 в двоичной системе соответствует адрес 128.45.9.136 в десятичной системе. В последние годы в связи с бурным развитием Интернета решается вопрос о переходе на шестибайтовый формат IP-адреса.

World Wide Web (WWW — Всемирная паутина) — это одна из наиболее популярных служб Интернета, управляющая передачей гипертекстовых документов. Этим же термином называют обширную совокупность взаимосвязанных электронных документов, между которыми существуют гипертекстовые связи.

Хранение и обработку гипертекстовых документов обеспечивают Wed-серверы. Отдельный документ World Wide Web называется Web-страницей. Обычно это комбинированный документ, который может содержать текст, графические иллюстрации, мультимедийные и другие вставляемые объекты, а также гиперссылки.

Для создания Web-страниц используется язык HTML (HyperText Markup Language — язык разметки гипертекста), который при помощи внедрения в документ специальных управляющих конструкций (тегов) описывает логическую структуру документа, управляет форматированием текста и размещением объектов на странице. Документы, созданные с помощью языка HTML, называют HTML-документами (или документами в формате HTML).

Отличительной особенностью World Wide Web является наличие средств перехода от одного документа к другому, тематически с ним связанному, без явного указания адреса. Связь между документами осуществляется при помощи гипертекстовых ссылок (гиперссылок).

Гиперссылка — это выделенный фрагмент документа (текст или графическое изображение), с которым связан другой Web-документ. При выборе гиперссылки (для этого требуется навести на нее указатель мыши и один раз щелкнуть) происходит переход по гиперссылке — открытие Web-документа, на который ссылка указывает. Механизм гиперссылок позволяет организовать перемещение по World Wide Web («Web Surfing») без знания адресов конкретных документов.

Совокупность тематически объединенных Web-страниц называется Web-узлом (или Web-сайтом).

Электронная почта (E-Mail — Elictronic Mail) — удобное и надежное средство передачи персональных сообщений с одного компьютера на другой.

Характерной особенностью электронной почты, отличающей ее от других служб Интернета, является то, что ее работа, как правило, основана на нескольких прикладных протоколах. Один из них используется для отправки исходящих, другой — для получения входящих сообщений. Соответственно со стороны Интернета работают два сервера: исходящих и входящих сообщений.

Служба исходящих сообщений, как правило, основана на протоколе SMTP (Simple Mail Transfer Protocol — простейший протокол передачи почты). Наиболее распространенным протоколом службы входящих сообщений является протокол POP (Post Office Protocol — протокол почтового отделения). Известны две версии POP: P0P2 и РОРЗ. Они используют различные системы команд, но выполняют одинаковые функции. В настоящее время чаще всего применяется протокол РОРЗ.

Таким образом, если с помощью протокола SMTP пользователи отправляют сообщения по Интернету, то с помощью протокола POP они забирают сообщения, хранящиеся на почтовых серверах, и сохраняют на своем компьютере. Кроме того, служба электронной почты использует протоколы MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions — многоцелевые расширения почты Интернета), IMAP (Internet Message Access Protocol — протокол доступа к сообщениям Интернета) и др.

Принцип работы электронной почты. Для работы с электронной почтой используются специальные программы — почтовые клиенты, которые устанавливаются на ПК пользователей и взаимодействуют с ПО, работающем на сервере. В настоящее время известно несколько сот почтовых клиентов. Они различаются аппаратно-программной платформой, для которой предназначены, интерфейсом пользователя и составом исполняемых функций. Для платформы Windows наиболее популярными почтовыми клиентами являются:

• * Microsoft Outlook (поставляется в составе пакета Microsoft Office 2000/XP);
• * Microsoft Outlook Express (поставляется в составе ОС Microsoft Windows 98/ME/2000/XP);
• * Eudora;
• * The Bat! и др.

С помощью почтового клиента пользователь создает сообщение (набирает текст) на своем локальном компьютере, указывает адрес электронной почты получателя (или получателей), подключается к Интернету и дает команду на отправку. Сообщение передается на сервер исходящей почты (SMTP-сервер) отправителя и далее движется по цепочке промежуточных почтовых серверов к серверу входящей почты (POP-серверу) получателя. После того как получатель с помощью почтового клиента установит связь со своим POP-сервером, сообщение копируется на его локальный компьютер.

Таким образом, взаимодействие между абонентами строится по классической схеме клиент — сервер.

Настройка почтового клиента. Прежде чем начать работу с электронной почтой, пользователь должен зарегистрироваться на одном из почтовых серверов, предоставляющем услуги как SMTP, так и POP. Регистрация пользователя называется получением учетной записи. Учетная запись представляет собой совокупность настроек на конкретного поставщика услуг электронной почты Чаще всего ее получают у той организации, которая предоставляет доступ в Интернет, то есть у провайдера.

Далее пользователю необходимо настроить на своем компьютере почтовую программу на работу с этой учетной записью. При настройке программы вводится:

® имя (это имя будет отображаться в поле «От» при отправке сообщений, например Смирнов Александр);

® Адрес электронной почты;

® Имена имя пользователя SMTP и POP3-серверов;

® Имя пользователя (или login) почтового сервера;

® Пароль (для доступа к почтовому счерверу).

Адрес электронной почты имеет следующий формат:

Имя пользователя@доменное имя почтового сервера (составной адрес узла сети, содержащего почтовый ящик абонента), который записывается после знака @/. Например, для пользователя somov на почтовом сервере citmgu.ru почтовый адрес будет выглядеть так: Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script.

• 1. Фролов А. В., Фролов Г. В. Глобальные сети компьютеров. Практическое введение в Internet, E-Mail, FTP, WWW и HTML. М.: Диалог-МИФИ, 1996.
• 2. Коцюбинский А. О., Грошев С. В. Современный самоучитель работы в сети Интернет. М.: Триумф, 1997.
• 3. Гончаров А. HTML в примерах. СПб.: Питер, 1997.