Компьютерные сети. Виды и классификация. Работа и стандарты

Компьютерные сети. Виды и классификация. Работа и стандарты

Важной частью современного мира являются компьютеры. Чтобы облегчить и упростить нашу жизнь, а также ускорить работу, были созданы компьютерные сети. Так называют соединение компьютеров и вычислительного оборудования в единую сеть. Таким оборудованием являются маршрутизаторы, Wi-Fi роутеры, серверы и другая подобная техника.

Для передачи данных по компьютерной сети применяются физические явления: электромагнитное излучение, электрический ток, оптические каналы.

Классификация

Типы сетей по:

• Коммутации.
• Технологии передачи.
• Протяженности.
• Скорости работы.
• Функциональному назначению.

По типу коммутации компьютерные сети делятся на два вида:

1. Коммутация каналов.
2. Коммутация пакетов.

В первом виде перед началом передачи информации требуется соединение получателя и отправителя. После такой коммутации информация поступает по установленной сети. Такие компьютерные сети применяются в условиях телефонной связи.

Второй вид сети – используется для сетей, состоящих из компьютеров. При этом информация разделяется на некоторые части, которые называют пакетами. От них и получил название этот вид сетей. Пакеты передаются независимо между собой, отдельно. Каждый пакет имеет возможность проходить по сети своим путем.

Преимуществом этой сети является высокая надежность работы. При неисправности одного из узлов сети, можно найти путь обхода через другие узлы. Другими словами, решается вопрос маршрутизации для каждого пакета в отдельности, на каждом промежуточном узле. Это занимает некоторое время и нагружает промежуточный компьютер.

В сетях с соединением каналов при неисправности одного из узлов, коммутация разрывается. В результате передача информации прекращается. Для таких сетей коммутация происходит один раз, и расходы на решение вопроса маршрутизации отсутствуют.

По технологии передачи компьютерные сети разделяют на:

• Широковещательные сети (передаваемая информация доступна всем компьютерным узлам).
• Точка-точка (информация передается между двумя отдельными компьютерами, либо через несколько промежуточных машин).

Разделение сетей по протяженности:

• Самыми короткими в этой классификации являются персональные сети. Их длина около одного метра, расположены на столе в непосредственной близости от пользователя компьютера. В качестве примера персональной сети можно назвать беспроводную сеть «блютуз».
• Следующим видом являются локальные сети, которые обычно размещаются в одном или нескольких зданиях, находящихся поблизости. Их длина может составлять от нескольких метров до 1 км.
• Муниципальная сеть организуется, как правило, в масштабах населенного пункта. Сегодня наиболее популярными стали муниципальные сети, дающие возможность по одному подключению гарантировать доступ к городскому телефону, телевидению и интернет ресурсам. Их протяженность может составлять несколько километров, в зависимости от величины населенного пункта.
• Глобальные компьютерные сети создаются в масштабах страны или части света. В нашей стране их создают известные компании телефонной связи, по ним передается различная информация и обеспечивается доступ к интернету. Длина их не ограничена, иногда составляет несколько тысяч километров.
• Объединение сетей – мировая «паутина» интернета.

По скорости передачи сети классифицируются на:

• Низкоскоростные соединения. К ним относятся такие пути поступления данных, которые действуют на скорости менее 10 мегабит в секунду.
• Среднескоростные. Относятся те соединения, которые оперируют с пакетами информации на скорости от 10 до 100 мегабит в секунду.
• Высокоскоростные. Относятся те, которые способны передавать данные со скоростью более 100 мегабит в секунду.

По функциональному назначению:

• Хранение информации.
• Серверная станция.
• Управление работой.
• Домовые соединения.

Особенности работы локальных сетей

О назначении и особенностях глобальной сети, а также о ее пользе для всего мира всем известно. Чтобы подробно описать все возможности интернета, понадобится много времени и средств.

В то же время, локальные сети недостаточно освещаются в литературе и обделены вниманием. Поэтому многие пользователи компьютеров не понимают и не знают, для каких целей они служат.

Основные функции

• Оптимизация работы предприятия. Локальная сеть, созданная в офисе, гарантирует для всех работников возможность удаленного обмена данными, пользование различной оргтехникой.
• Возможность общения. Заменить выход в мировую «паутину» локальные сети не способны, но когда необходимо создать свой закрытый канал для посторонних пользователей, то без таких сетей не обойтись. Например, можно организовать форум работников фирмы.
• Удаленное администрирование. Сеть дает возможность одному администратору оказывать техническую помощь сразу нескольким пользователям.
• Экономия. Лучше один раз заплатить за подключение к мировой «паутине», и сделать для всех сотрудников общий доступ, чем отдельно подключать каждому сотруднику доступ в интернет и платить за это.
• Безопасность обмена информацией, комфорт использования, игры.

Локальные компьютерные сети приносят пользу в различных областях жизни. Именно они послужили заменой «голубиной почты» на производстве и в бытовых условиях.

Стандарты связи

Для нас воспринимается естественным образом, что к сети интернета мы имеем возможность подключиться каким угодно способом и с любого устройства – смартфона, компьютера, ноутбука и даже телевизора или современного холодильника. Не важно, какой марки эти устройства, и какая система на них установлена.

Когда компьютерные сети только зарождались, оборудование одной фирмы могли взаимодействовать в сети только с устройствами, изготовленными именно этой фирмы, и больше ни с какими. Причин для этого было много – несовместимость оборудования, программного обеспечения и сетевых протоколов.

Чтобы уйти от этой проблемы, необходимо наличие и внедрение стандартов на оборудование, сетевые протоколы и программное обеспечение.

Существует два вида стандартов:

• Юридические (формальные). Это стандарты, принятые организациями, наделенными соответствующими правами.
• Фактические (де факто). Это стандарты, никем не принятые, а установленные сами собой. Например, разработана новая технология, которая широко распространилась, и приобрела большую популярность. Так получилось с протоколом, являющимся базовым во всемирной сети интернета.

Компьютерные сети имеют много стандартов связи, но самыми важными из них стали четыре вида:

• Международная организация ISO разрабатывает стандарты на эталонную модель работы открытых систем, описывающий подход к построению сетей компьютеров.
• Институт инженеров IEEE принимает стандарты на технологии передачи информации.
• Совет по архитектуре сети интернет разрабатывает стандарты связи на протоколы интернета.
• Консорциум W3C разрабатывает стандарты на Web (создание и оформление сайтов).

Стандарты играют большую роль в функционировании компьютерных соединений. Мы все работаем с интернетом, заходим в него с любого устройства, работающего на любой операционной платформе, и любого производителя. Для этого применяются открытые стандарты.

Каналы передачи

Чтобы обеспечить возможность качественного соединения компьютеров, должна существовать особая передающая система – канал.

Основные виды передающих каналов, с помощью которых работают компьютерные сети:

• Аналоговые.
• Цифровые.
• Широко- и узкополосные.
• Радио и спутниковые.
• Оптоволоконный кабель.

Аналоговые каналы стали использоваться самыми первыми для отправки данных в компьютерных соединениях и дали возможность ввести в работу общественную телефонную связь.

Передача данных по ним производится двумя способами:

• Проводами соединяют два объекта, которые подключаются друг с другом путем непосредственной коммутации, это является выделенной линией.
• Соединение производится путем набора номера телефона, с применением коммутируемых сетей.

По выделенным линиям эффективность передачи информации больше, а их работа надежнее. Для отдельного канала требуется индивидуальное устройство, хотя существуют многоканальные устройства. С помощью коммутируемой линии можно связываться с другими узлами посредством одного устройства коммутации.

Вместе с аналоговыми каналами развивалась и цифровая форма связи. Совместно с дискретными пакетами, по цифровой линии передается голосовая связь и факсимильные данные, модифицированная в цифровой вид.

Высокие скорости на малых расстояниях обеспечиваются путем применения специальных проводников, имеющих название витой пары. Она позволяет избежать влияния соседней проводки на качество работы.

Кабельные линии, называемые коаксиальными парами, состоят из двух соосных проводников, разделенных между собой диэлектриком. Один вид кабеля применяется для узкополосных пакетов информации, другой для широкополосных данных. Эти виды кабеля дают возможность работы с большой скоростью.

На малых дистанциях кабельные каналы постепенно заменяют витой парой, а на значительном удалении – оптоволоконным кабелем. В его работе используется явление, при котором внутри кабеля отражаются световые лучи. Это дает возможность передавать лучи света на большое удаление без всяких потерь. Источниками светового потока в оптоволоконных конструкциях служат лазерные диоды, либо Led-элементы, а вместо приемников работают фоточувствительные элементы.

Оптоволоконные каналы имеют высокую стоимость, в отличие от других типов, но все больше распространяются не только для малых сетей, но и на участках, имеющих очень большую длину кабельной линии.

Применение в компьютерных соединениях радиоволн разной частоты стало экономически выгодно для обеспечение качественной связи с другим компьютерным оборудованием, находящимся на больших расстояниях, с применением спутников. Радиоволны широко применяются также для связи с непостоянно используемыми устройствами или подвижным оборудованием.

Локальная сеть: основы функционирования компьютерных сетей

Локальная сеть (локальная вычислительная сеть или ЛВС) представляет собой среду взаимодействия нескольких компьютеров между собой. Цель взаимодействия — передача данных. Локальные сети, как правило, покрывают небольшие пространства (дом, офис, предприятие) — чем и оправдывают своё название. ЛВС может иметь как один, так и несколько уровней. Для построения многоуровневой локальной сети применяют специальное сетевое оборудование: маршрутизаторы, коммутаторы. Существует несколько способов объединения компьютеров и сетевого оборудования в единую компьютерную сеть: проводное (витая пара), оптическое (оптоволоконный кабель) и беспроводное (Wi-Fi, Bluetooth) соединения.

Топология локальной сети

Первое к чему нужно приступать при изучении основ функционирования компьютерных сетей, это топология (структура) локальной сети. Существует три основных вида топологии: шина, кольцо и звезда.

Линейная шина

Все компьютеры подключены к единому кабелю с заглушками по краям (терминаторами). Заглушки необходимы для предотвращения отражения сигнала. Принцип работы шины заключается в следующем: один из компьютеров посылает сигнал всем участникам локальной сети, а другие анализируют сигнал и если он предназначен им, то обрабатывают его. При таком взаимодействии, каждый из компьютеров проверяет наличие сигнала в шине перед отправкой данных, что исключает возникновения коллизий. Минус данной топологии — низкая производительность, к тому же, при повреждении шины нарушается нормальное функционирование локальной сети и часть компьютеров не в состоянии обрабатывать либо посылать сигналы.

Кольцо

В данной топологии каждый из компьютеров соединен только с двумя участниками сети. Принцип функционирования такой ЛВС заключается в том, что один из компьютеров принимает информацию от предыдущего и отправляет её следующему выступая в роли повторителя сигнала, либо обрабатывает данные если они предназначались ему. Локальная сеть, построенная по кольцевому принципу более производительна в сравнении с линейной шиной и может объединять до 1000 компьютеров, но, если где-то возникает обрыв сеть полностью перестает функционировать.

Звезда

Топология звезда, является оптимальной структурой для построения ЛВС. Принцип работы такой сети заключается во взаимодействии нескольких компьютеров между собой по средствам центрального коммутирующего устройства (коммутатор или свитч). Топология звезда позволяет создавать высоконагруженные масштабируемые сети, в которых центральное устройство может выступать, как отдельная единица в составе многоуровневой ЛВС. Единственный минус в том, что при выходе из строя центрального коммутирующего устройства рушится вся сеть или её часть. Плюсом является то, что, если один из компьютеров перестаёт функционировать это никак не сказывается на работоспособности всей локальной сети.

Что такое MAC-адрес, IP-адрес и Маска подсети?

Прежде чем познакомиться с основными принципами взаимодействия сетевых устройств, необходимо подробно разобрать, что такое IP-адрес, MAC-адрес и Маска подсети.

MAC-адрес — это уникальный идентификатор сетевого оборудования, который необходим для взаимодействия устройств в локальной сети на физическом уровне. MAC-адрес «вшивается» в сетевую карту заводом изготовителем и не подлежит изменению, хотя при необходимости это можно сделать на программном уровне. Пример записи MAC-адреса: 00:30:48:5a:58:65.

IP-адрес – это уникальный сетевой адрес узла (хоста, компьютера) в локальной сети, к примеру: 192.168.1.16. Первые три группы цифр IP-адреса используется для идентификации сети, а последняя группа для определения «порядкового номера» компьютера в этой сети. Если провести аналогию, то IP-адрес можно сравнить с почтовым адресом, тогда запись будет выглядеть так: регион.город.улица.дом. Изначально, использовались IP-адреса 4-ой версии (IPv4), но когда количество устройств глобальной сети возросло до максимума, то данного диапазона стало не хватать, в следствии чего был разработан протокол TCP/IP 6-ой версии — IPv6. Для локальных сетей достаточно 4-ой версии TCP/IP протокола.

Маска подсети – специальная запись, которая позволяет по IP-адресу вычислять адрес подсети и IP-адрес компьютера в данной сети. Пример записи маски подсети: 255.255.255.0. О том, как происходит вычисление IP-адресов мы рассмотрим чуть позже.

Что такое ARP протокол или как происходит взаимодействие устройств ЛВС?

ARP — это протокол по которому определяется MAC-адрес узла по его IP-адресу. Например, в нашей локальной сети есть несколько компьютеров. Один должен отправить информацию другому, но при этом знает только его IP-адрес, а для взаимодействия на физическом уровне нужен MAC-адрес. Что происходит? Один из компьютеров отправляет широковещательный запрос всем участникам локальной сети. Сам запрос, содержит IP-адрес требуемого компьютера и собственный MAC-адрес. Другой компьютер с данным IP-адресом, понимает, что запрос пришел к нему и в ответ высылает свой MAC-адрес на тот, который пришел в запросе. После чего собственно и инициализируется процесс передачи информационных пакетов.

Сетевой коммутатор и маршрутизатор (роутер)

Для согласования работы сетевых устройств используется специальное сетевое оборудование — коммутаторы и маршрутизаторы. Исходя из рассмотренного выше, важно понять простую истину — коммутаторы работают с MAC-адресами, а маршрутизаторы (или роутеры) с IP-адресами.

Коммутатор содержит таблицу MAC-адресов устройств локальной сети непосредственно подключенных к его портам. Изначально таблица пуста и начинает заполняться при старте работы коммутатора, происходит сопоставление MAC-адресов устройств и портов, к которым они подключены. Это необходимо для того, чтобы коммутатор напрямую пересылал информационные пакеты тем участникам локальной сени, которым они предназначены, а не опрашивал все устройства ЛВС.

Маршрутизатор также имеет таблицу, в которую заносит IP-адреса устройств на основе анализа локальной сети. Роутер может самостоятельно раздавать IP-адреса устройствам ЛВС благодаря протоколу динамического конфигурирования узла сети (DHCP). Таблица маршрутизации позволяет роутеру вычислять наикратчайшие маршруты для отправки информационных пакетов между различными узлами ЛВС. Данные узлы (компьютеры) могут находиться в любом сегменте многоуровневой сети невзирая на архитектуру той или иной подсети. К примеру, маршрутизатор связывает локальную сеть с глобальной (интернет) через сеть провайдера.

Пример маршрутизации

Допустим, в таблице маршрутизации есть такая запись:

Роутер получает пакет, предназначенный для хоста с IP-адресом 192.168.1.96, после чего начинает обход таблицы маршрутизации и обнаруживает, что при наложении маски подсети 255.255.255.0 на IP-адрес 192.168.1.96 вычисляется сеть с IP-адресом 192.168.1.0. Пройдя строку до конца роутер находит IP-адрес интерфейса 192.168.1.96, на который и отправляет полученный пакет.

Как происходит вычисление IP-адреса сети и компьютера?

Для вычисления IP-адреса сети используется маска подсети. Начнем с того, что привычная для наших глаз запись IP-адреса представлена в десятеричном формате (192.168.1.96). На самом деле, сетевое устройство данный IP-адрес видит, как набор нолей и единиц, то есть в двоичной системе исчисления (11000000.10101000.00000001.01100000). Так же выглядит и маска подсети (255.255.255.0 -> 11111111.11111111.11111111.00000000).

Что получается? Какой бы у нас не был IP-адрес назначения (к примеру 192.168.1.96 или 192.168.1.54) при наложении на него маски подсети (255.255.255.0) будет получаться один и тот же результат (192.168.1.0). Происходит это из-за поразрядного (побитного) сравнения записей (1х1 = 1, 1х0 = 0, 0х1 = 0). При этом IP-адрес компьютера берётся из последней группы цифр IP-адреса назначения. Также стоит учитывать, что из общего диапазона адресов, в рамках одной подсети, доступно будет на два адреса меньше, потому что 192.168.1.0 – является IP-адресом самой сети, а 192.168.1.255 – служебным широковещательным адресом для передачи общих пакетов запросов.

Что такое NAT?

В последнем пункте данной статьи, рассмотрим, что такое NAT. Как уже упоминалось ранее, маршрутизатор связывает между собой сети не только на локальном уровне, но и взаимодействует с сетью провайдера с целью получения доступа к сети интернет. Для пересылки пакетов во внешнюю сеть, роутер не может использовать IP-адреса компьютеров из локальной сети, так как данные IP-адреса являются «частными» и предназначены только для организации взаимодействия устройств внутри ЛВС. Маршрутизатор имеет два IP-адреса (внутренний и внешний), один в локальной сети (192.168.1.0), другой (к примеру 95.153.133.97) ему присваивает сеть провайдера при динамическом распределении IP-адресов. Именно второй IP-адрес роутер будет использовать для отправки и получения пакетов по сети интернет. Для реализации такой подмены и был разработан NAT.

NAT (Network Address Translation) — механизм преобразование сетевых адресов, является частью TCP/IP-протокола.

Принцип NAT заключается в следующем: при отправке пакета из ЛВС маршрутизатор подменяет IP-адрес локальной машины на свой собственный, а при получении производит обратную замену и отправляет данные на тот компьютер, которому они и предназначались.

Какие сети относятся к глобальным?

Занятие 1. Основные понятия компьютерных сетей.

Эта глава посвящена изучению основ компьютерных сетей. Вы узнаете, какие типы сетей существуют, как компьютеры обмениваются информацией и какие службы и стандарты обмена данными при этом используются.
Компьютерные сети и протоколы

Широкое внедрение персональных компьютеров привело к необходимости обмена информацией, обрабатываемой на разных компьютерах. Как перенести большой объем информации с одного компьютера на другой? Как распечатать информацию, если всего один принтер? Как предоставить всем компьютерам выход в Интернет? Эти и многие другие проблемы решают компьютерные сети.

• обмен информацией;
• общее использование программного обеспечения;
• общее использование оборудования (принтеры, модемы, диски и т.п.).

Пакеты.

Вся работа компьютеров в сети, независимо от назначения и размеров сети, сводится только к одному: обмену информацией. Каждый компьютер имеет встроенный сетевой адаптер, который в свою очередь подключается к кабельной системе.
Перед передачей по сети информация формируется в пакеты. Сетевые адаптеры общаются между собой, передавая и принимая пакеты с информацией. Каждый пакет состоит из двух основных частей: Заголовок и Данные.

Заголовок содержит адрес компьютера-отправителя и адрес компьютера-получателя.
Раздел данных содержит передаваемую информацию.
Переданный в сеть пакет отправляется на все компьютеры. Получив пакет, они читают заголовок, и только тот компьютер, которому этот пакет адресован, прочтет данные из этого пакета.

Если компьютер должен передать по сети, например, текстовый файл большого размера, то сетевой адаптер этого компьютера разделит файл на фрагменты и передаст каждый фрагмент в отдельном пакете. Делается это затем, чтобы большие файлы не загружали сеть на долгое время, давая возможность другим компьютерам работать в сети. Принимающий сетевой адаптер получит все передаваемые ему пакеты, соединит их в единый файл и только после этого передаст готовый файл своему компьютеру. Таким образом, в сети один за другим передаются пакеты от разных компьютеров, не создавая «заторов».
Пакет имеет строго определенный формат, поэтому любой компьютер, получив пакет, сможет его прочитать. Этот формат определяется сетевым протоколом, который устанавливается в настройках операционной системы. Протокол представляет собой набор правил и соглашений для передачи информации по компьютерной сети. Если на компьютерах установлен одинаковый сетевой протокол, то они смогут «понимать» друг друга. Компьютеры с разными протоколами имеют разный формат пакетов и соответственно друг друга не поймут, также как люди, говорящие на разных языках. Например, пакет Ethernet может иметь размер от 64 до 1 518 байт, из них 18 байт используется под заголовок. Поэтому в одном пакете Ethernet можно передавать не более 1 500 байт данных. Пакеты Token Ring вмещают 4 202 байта данных.
Иногда пакет называют кадром (Frame).

Протоколы.

Для стандартизации передаваемой по сети информации, разработаны так называемые сетевые протоколы. Протокол представляет собой набор правил и соглашений для оформления и передачи информации по компьютерной сети. Пакет, созданный по выбранному сетевому протоколу, имеет строго определенный формат. Если на компьютерах сети установлен одинаковый сетевой протокол, то они смогут «понимать» друг друга, т.е. читать пакеты. Компьютеры с разными протоколами имеют разный формат пакетов и соответственно друг друга не поймут, также как люди, сидящие в одной комнате, но говорящие на разных языках.

Есть три наиболее распространенных протокола, используемых в компьютерных сетях Microsoft — NetBEUI, TCP/IP, IPX/SPX.

Сетевой протокол Microsoft TCP/IP особенно широко используется в сети Интернет. Поэтому для совместимости пакетов локальной сети с пакетами сети Интернет мы будем пользоваться только протоколом TCP/IP.

• Обеспечивает надежную, отказоустойчивую среду обмена информацией.
• Поддерживается всеми современными операционными системами.
• Позволяет компьютерам работать как в локальных, так и в глобальных компьютерных сетях.
• Обеспечивает доступ в Интернет.

• Сервер
• Рабочая станция

Серверы предоставляют свои ресурсы (диски, папки с файлами, принтеры, устройство для чтения CD/DVD и т.п.) другим компьютерам сети. Как правило, это специально выделенный высокопроизводительный компьютер, оснащенный специальной серверной операционной системой (Windows Server 2003), центрально управляющий сетью.
Рабочая станция (клиентский компьютер) — это компьютер рядового пользователя на базе Windows XP Professional, получающий доступ к ресурсам серверов.
По типу организации работы компьютеров в сети различают

• Одноранговые сети
• Сети с выделенным сервером

Выбор типа локальной сети в большей степени зависит от требований к безопасности работы с информацией и уровня подготовки администратора сети.
Одноранговые сети. Рабочая группа.

В одноранговой сети все компьютеры имеют одинаковый приоритет и независимое администрирование.
Каждый компьютер имеет установленную операционную систему платформы Microsoft Windows любой версии или совместимую с ней. Эта операционная система поддерживает работу клиента сети Microsoft.
Пользователь каждого компьютера самостоятельно решает вопрос о предоставлении доступа к своим ресурсам другим пользователям сети. Это наиболее простой вариант сети, не требующий особых профессиональных знаний. Установка такой сети не занимает много времени.
Для построения одноранговой локальной сети достаточно объединить компьютеры при помощи сетевого кабеля (смонтировать кабельную систему) и установить на компьютеры, например, ОС Windows XP Professional. Мастер подключения к сети, поможет осуществить все необходимые настройки операционной системы.

Пример одноранговой сети на базе Windows XP Professional

Сети с выделенным сервером

• Необходимо установить и настроить на одном из компьютеров серверную операционную систему (ОС), например Microsoft Windows Server 2003. На этом сервере создается общая база учетных записей всех пользователей, назначаются общие ресурсы, и определяется доступ к каждому для категорий или отдельных пользователей.
• На клиентские компьютеры устанавливается сетевая операционная система Windows XP Professional, которая настраивается для работы с сервером. При подключении к сети каждый пользователь проходит регистрацию на сервере. Только пользователи, прошедшие регистрацию, т.е. зарегистрированные на сервере, могут получить доступ к сети и общим сетевым ресурсам.

Пример сети с выделенным сервером на базе Windows Server 2003 и Windows XP Professional

• Файловый сервер (файл-сервер) служит для хранения файлов,
• Сервер печати (принт-сервер) предоставляют принтеры в общее пользование,
• Сервер приложений обеспечивает работу пользователей с сетевыми приложениями,
• Web-серверы предоставляют общий доступ к данным,
• Маршрутизатор — для предоставления доступа к другим сетям и удаленного доступа к вашей сети,
• Серверы электронной почты хранят почтовые ящики пользователей и организовывают доставку почты по сети, и т. д.

• На компьютер, который выбран в качестве сервера, устанавливается специализированная сетевая операционная система. Установка, настройка и администрирование этой системы, клиентов сети, разделяемых ресурсов требует от системного администратора дополнительных знаний.
• При неисправности сервера доступ к сети и сетевым ресурсам становится невозможен. Работа пользователей на каждой рабочей станции может быть продолжена только в автономном режиме.

Не требует серверного ПО

Не нужен квалифицированный системный
администратор

Меньшая стоимость
проекта.

Сложность администрирования каждого компьютера в отдельности

Ухудшение производительности при совместном использовании pесурсов.

Сеть с выделенным сервером

Легче управлять, т.к. администрирование
централизовано

Сложность настройки, администрирования системы, клиентов, разделяемых ресурсов

Отсутствие доступа к сети при выходе из строя
cервера.

Рабочие группы

• какие ресурсы этого компьютера будут разделяемыми (общими),
• какие пользователи сети будут иметь доступ к этим ресурсам, с какими правами.

При этом, на каждом компьютере рабочей группы создаются собственные базы данных пользователей и политики безопасности локального компьютера.

Рабочая группа является удобной сетевой средой для небольшого числа компьютеров, расположенных недалеко друг от друга.

Домены

В сетях с выделенными серверами администрирование осуществляется централизованно. Для упрощения администрирования, любые компьютеры сети и разделяемые ресурсы можно объединять в группы, называемые доменами.
Домен — это логическая группировка любых компьютеров сети под одним именем.
Для домена создается общая база данных. В Windows Server 2003 эта база данных называется каталогом и входит в службу каталога Active Directory.

К объектам, хранимым в каталоге, относятся как пользователи, так и ресурсы сети.

Домен может объединять любые компьютеры, расположенные в локальной сети или находящиеся в разных городах, странах. Соединение компьютеров домена может быть любым, включая телефонные линии, оптоволоконные линии, спутниковую связь и другие.
Служба каталога Active Directory разворачивается на любом сервере, входящем в состав сети. Такой сервер получает дополнительно статус контроллера домена. Администрирование сети и управление политиками безопасности осуществляется на контроллере домена.
Доменов в сети может быть несколько, и каждый домен обязательно имеет один или несколько контроллеров домена.
Если контроллеров домена несколько, то база данных Active Directory копируется на каждый. Это повышает отказоустойчивость и делает администрирование более удобным, т.к. все изменения, проведенные на одном контроллере домена, отображаются на других. Этот процесс называется репликацией.

Какие сети относятся к глобальным?

Интернет — сеть сетей. Локальные сети обычно объединяют несколько десятков компьютеров, размещенных в одном здании, однако они не позволяют обеспечить совместный доступ к информации пользователям, находящимся, например, в различных частях города. В этом случае дистанционный доступ к информации обеспечивают региональные сети, объединяющие компьютеры в пределах одного региона (города, страны, континента).

Многие организации, заинтересованные в защите информации от несанкционированного доступа (например, военные, банковские и пр.), создают собственные, так называемые корпоративные сети. Корпоративная сеть может объединять тысячи и десятки тысяч компьютеров, размещенных в различных странах и городах.

Потребности формирования единого мирового информационного пространства привели к объединению локальных, региональных и корпоративных сетей в глобальную компьютерную сеть Интернет. В результате в настоящее время (на январь 2005 года) основу Интернета составляют более трехсот миллионов серверов.

Надежность функционирования глобальной сети обеспечивает большое количество каналов передачи информации с высокой пропускной способностью между локальными, региональными и корпоративными сетями. Например, российская региональная компьютерная сеть Рунет (RU) соединяется многочисленными каналами передачи информации с северо-американской (US), европейской (EU) и японской (JP) региональными сетями (рис. 6.5).

Интернет — это глобальная компьютерная сеть, в которой локальные, региональные и корпоративные сети соединены между собой многочисленными каналами передачи информации с высокой пропускной способностью.

Подключение к Интернету. В каждой локальной, региональной или корпоративной сети имеется, по крайней мере, один компьютер (сервер Интернета), который имеет постоянное подключение к Интернету.

Для подключения локальных сетей чаще всего используются оптоволоконные линии связи. Однако в случаях подключения неудобно расположенных или удаленных компьютерных сетей, когда прокладка кабеля затруднена или невозможна, используются беспроводные линии связи. Если передающая и принимающая антенны находятся в пределах прямой видимости, то используются радиоканалы, в противном случае обмен информацией производится через спутниковый канал с использованием специальных антенн (рис. 6.6).

Сотни миллионов компьютеров пользователей могут периодически подключаться к Интернету по коммутируемым телефонным каналам с помощью провайдеров Интернета. Провайдеры Интернета имеют высокоскоростные соединения своих серверов с Интернетом и поэтому могут предоставить Интернет-доступ по телефонным каналам одновременно сотням и тысячам пользователей.

Для соединения компьютера пользователя по телефонному каналу с сервером Интернет-провайдера к обоим компьютерам должны быть подключены модемы. Модемы обеспечивают передачу цифровых компьютерных данных по аналоговым телефонным каналам со скоростью до 56 Кбит/с.

Современные ADSL-технологии позволяют использовать обычные телефонные каналы для высокоскоростного (1 Мбит/с и выше) подключения к Интернету. Важно, что при этом телефонный номер остается свободным.

Обычные и ADSL модемы подключаются к USB-порту компьютера и к разъему телефонной розетки (рис. 6.7).

Пользователи портативных компьютеров могут подключаться к Интернету с использованием беспроводной технологии Wi-Fi. На вокзалах, в аэропортах и других общественных местах устанавливаются точки доступа беспроводной связи, подключенные к Интернету. В радиусе 100 м портативный компьютер, оснащенный беспроводной связью, автоматически получает доступ в Интернет со скоростью до 11 Мбит/с.

1. Какие типы компьютерных сетей образуют Интернет?

2. Какие существуют способы подключения к Интернету и каковы их достоинства и недостатки?

Адресация в Интернете

Интернет-адрес. Для того чтобы в процессе обмена информацией компьютеры могли найти друг друга, в Интернете существует единая система адресации, основанная на использовании Интернет-адресов.

Каждый компьютер, подключенный к Интернету, имеет свой уникальный двоичный 32-битовый Интернет-адрес.

Существует формула, которая связывает между собой количество возможных информационных сообщений N и количество информации I, которое несет полученное сообщение:

Интернет-адрес несет количество информации I = 32 бита, тогда общее количество N различных Интернет-адресов равно:

N = 2 I = 2 32 = 4 294 967 296

Интернет-адрес длиной 32 бита позволяет подключить к Интернету более 4 миллиардов компьютеров.

По новой технологии «Умный дом» к Интернету смогут быть подключены не только компьютеры, но и бытовые приборы (холодильники, стиральные машины и др.) и аудио- и видеотехника, которыми можно будет управлять дистанционно. В этом случае четырех миллиардов Интернет-адресов может оказаться недостаточно и придется перейти на более длинный Интернет-адрес.

Для удобства восприятия двоичный 32-битовый Интернет-адрес можно разбить на четыре части по 8 битов и каждую часть представить в десятичной форме. Десятичный Интернет-адрес состоит из четырех чисел в диапазоне от 0 до 255, разделенных точками (например, 213.171.37.202) (табл. 6.1).

Все серверы Интернета имеют постоянные Интернет-адреса. Однако провайдеры Интернета часто предоставляют пользователям доступ в Интернет не с постоянным, а с временным Интернет-адресом. Интернет-адрес может меняться при каждом подключении к Интернету, но в процессе сеанса остается неизменным и пользователь может его определить.

Доменная система имен. Человеку запомнить числовой адрес нелегко, поэтому для удобства пользователей Интернета была введена доменная система имен, которая ставит в соответствие числовому Интернет-адресу компьютера уникальное доменное имя.

Доменная система имен имеет иерархическую структуру: домены верхнего уровня — домены второго уровня — домены третьего уровня.

Домены верхнего уровня существуют двух типов: географические и административные. Каждой стране мира выделен свой географический домен, обозначаемый двухбуквенным кодом. Например, России принадлежит географический домен ru, в котором российские организации и граждане имеют право зарегистрировать домен второго уровня.

Административные домены обозначаются тремя или более буквами и предназначены для регистрации доменов второго уровня организациями различных типов (табл. 6.2).

Так, компания Microsoft зарегистрировала домен второго уровня Microsoft в административном домене верхнего уровня com, а Московский институт открытого образования — домен второго уровня metodist в географическом домене верхнего уровня ru (рис. 6.8).

Доменное имя сервера Интернета состоит из последовательности (справа налево) имен домена верхнего уровня, домена второго уровня и собственно имени компьютера. Так, основной сервер компании Microsoft имеет имя www.microsoft.com, а сервер института имеет имя iit.metodist.ru.

Каждый компьютер, подключенный к Интернету, имеет Интернет-адрес, однако он может не иметь доменного имени. Доменные имена имеют серверы Интернета, но доменного имени обычно не имеют компьютеры, подключающиеся к Интернету по телефонным линиям.

1. Имеет ли каждый компьютер, подключенный к Интернету, Интернет-адрес? Доменное имя?

2. Как строится доменная система имен?

6.3 Задание с кратким ответом. Двоичный 32-битовый Интернет-адрес компьютера 00001111000001110000001100000001 представить в десятичной форме.

6.4 Задание с кратким ответом. Записать доменное имя компьютера, зарегистрированного в домене первого уровня ru, домене второго уровня schools и имеющего собственное имя www.

Маршрутизация и транспортировка данных по компьютерным сетям

Сеть Интернет, являющаяся сетью сетей и объединяющая громадное количество различных локальных, региональных и корпоративных сетей, функционирует и развивается благодаря использованию единого принципа маршрутизации и транспортировки данных.

Маршрутизация данных. Маршрутизация данных обеспечивает передачу информации между компьютерами сети. Рассмотрим принцип маршрутизации данных по аналогии с передачей информации с помощью обычной почты. Для того чтобы письмо дошло по назначению, на конверте указывается адрес получателя (кому письмо) и адрес отправителя (от кого письмо).

Аналогично, передаваемая по сети информация «упаковывается в конверт», на котором «пишутся» Интернет-адреса компьютеров получателя и отправителя, например: «Кому: 198.78.213.185», «От кого: 193.124.5.33». Содержимое конверта на компьютерном языке называется Интернет-пакетом и представляет собой набор байтов.

В процессе пересылки обыкновенных писем они сначала доставляются на ближайшее к отправителю почтовое отделение, а затем передаются по цепочке почтовых отделений на ближайшее к получателю почтовое отделение. На промежуточных почтовых отделениях письма сортируются, т. е. определяется, на какое следующее почтовое отделение необходимо отправить то или иное письмо.

Интернет-пакеты на пути к компьютеру-получателю также проходят через многочисленные промежуточные серверы Интернета, на которых производится операция маршрутизации. В результате маршрутизации Интернет-пакеты направляются от одного сервера Интернета к другому, постепенно приближаясь к компьютеру-получателю.

Маршрутизация Интернет-пакетов обеспечивает доставку информации от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю.

Маршруты доставки Интернет-пакетов могут быть совершенно разными, и поэтому первые Интернет-пакеты могут достичь компьютера-получателя в последнюю очередь. Например, в процессе передачи файла от сервера От к серверу Кому маршрут первого Интернет-пакета может быть От-1-2-Кому, второго — От-Кому и третьего — От-3-4-5-Кому (рис. 6.9).

«География» Интернета существенно отличается от привычной нам географии. Скорость получения информации зависит не от удаленности сервера Интернета, а от маршрута прохождения информации, т. е. количества промежуточных серверов и качества линий связи (их пропускной способности), по которым передается информация от сервера к серверу.

С маршрутом прохождения информации в Интернете можно познакомиться с помощью специальных программ, которые позволяют проследить, через какие серверы и с какой задержкой передается информация с выбранного сервера Интернета на ваш компьютер.

Транспортировка данных. Теперь представим себе, что нам необходимо переслать по почте многостраничную рукопись, а почта бандероли и посылки не принимает. Идея проста: если рукопись не помещается в обычный почтовый конверт, ее надо разобрать на листы и переслать их в нескольких конвертах. При этом листы рукописи необходимо обязательно пронумеровать, чтобы получатель знал, в какой последовательности потом эти листы собрать.

В Интернете часто случается аналогичная ситуация, когда компьютеры обмениваются большими по объему файлами. Если послать такой файл целиком, то он может надолго «закупорить» канал связи, сделать его недоступным для пересылки других сообщений.

Для того чтобы этого не происходило, на компьютере-отправителе необходимо разбить большой файл на мелкие части, пронумеровать их и транспортировать в форме отдельных Интернет-пакетов до компьютера-получателя.

На компьютере-получателе необходимо собрать исходный файл из отдельных частей в правильной последовательности, поэтому файл не может быть собран до тех пор, пока не придут все Интернет-пакеты.

Транспортировка данных производится путем разбиения файлов на Интернет-пакеты на компьютере-отправителе, индивидуальной маршрутизации каждого пакета и сборки файлов из пакетов в первоначальном порядке на компьютере-получателе.

Время транспортировки отдельных Интернет-пакетов между локальным компьютером и сервером Интернета можно определить с помощью специальных программ.

Маршрутизация и транспортировка данных в Интернете производится на основе протокола TCP/IP, который является основным «законом» Интернета. Термин «TCP/IP» включает название двух протоколов передачи данных:
— TCP (Transmission Control Protocol — транспортный протокол);
— IP (Internet Protocol — протокол маршрутизации).

1. Каким образом производится доставка данных по указанному Интернет-адресу?

2. В каких целях при передаче файлов по компьютерным сетям производится их разбиение на Интернет-пакеты?

Основные компоненты и разновидности компьютерных сетей

Сегодняшняя статья открывает новую рубрику на блоге, которая будет называться “Сети”. В данной рубрике будет освещаться широчайший круг вопросов, касающихся компьютерных сетей. Первые статьи рубрики будут посвящены разъяснению некоторых базовых понятий, с которыми вы столкнетесь при работе с сетью. А сегодня мы поговорим о том, какие компоненты потребуются для создания сети и какие существуют виды сетей.

Компьютерная сеть – это совокупность компьютерного и сетевого оборудования, соединенного с помощью каналов связи в единую систему. Для создания компьютерной сети нам потребуются следующие компоненты:

• компьютеры, имеющие возможности для подключения к сети (например, сетевая карта, которая есть в каждом современном ПК);
• передающая среда или каналы связи (кабельные, спутниковые, телефонные, волоконно-оптические и радиоканалы);
• сетевое оборудование (например, коммутатор или роутер);
• сетевое программное обеспечение (как правило, входит в состав операционной системы или поставляется вместе с сетевым оборудованием).

Компьютерные сети принято подразделять на два основных вида: глобальные и локальные.

Локальные сети (Local Area Network – LAN) обладают замкнутой инфраструктурой до выхода на поставщиков услуг интернета. Термин “локальная сеть” может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть большого завода, занимающего несколько гектаров. Применительно к организациям, предприятиям, фирмам используется термин корпоративная сеть – локальная сеть отдельной организации (юридического лица) независимо от занимаемой ею территории.
Корпоративные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей (например, сотрудникам компании). Глобальные сети ориентированы на обслуживание любых пользователей.

Глобальная сеть (Wide Area Network – WAN) охватывает большие географические регионы и состоит из множества локальных сетей. С глобальной сетью, которая состоит из нескольких тысяч сетей и компьютеров, знакомы все – это Интернет.

Системному администратору приходится иметь дело с локальными (корпоративными) сетями. Обычный пользовательский компьютер, подключенный к локальной сети, называется рабочей станцией. Компьютер, предоставляющий свои ресурсы для общего использования другим компьютерам сети, называется сервером; а компьютер, обращающийся к совместно используемым ресурсам на сервере – клиентом.

Существуют различные виды серверов: файловые (для хранения общих файлов), серверы баз данных, серверы приложений (обеспечивающие удаленную работу программ на клиентах), web-серверы (для хранения web-контента) и другие.

Загрузка сети характеризуется параметром, называемым трафиком. Трафик – это поток сообщений в сети передачи данных. Под ним понимают количественное измерение числа проходящих по сети блоков данных и их длины, выраженное в битах в секунду. Например, скорость передачи данных в современных локальных сетях может быть 100Мбит/с или 1Гбит/с

В настоящее время в мире насчитывается огромное количество всевозможного сетевого и компьютерного оборудования, позволяющего организовать самые различные компьютерные сети. Все многообразие компьютерных сетей можно разделить на несколько видов по различным признакам:

По территории:

локальные – охватывают небольшие территории и располагаются внутри отдельных офисов, банков, корпораций, домов;

По способу связи компьютеров:

• проводные (компьютеры соединяются посредством кабеля);
• беспроводные (компьютеры обмениваются информацией посредством радиоволн. например, по технологии WI-FI или Bluetooth).

По способу управления:

• с централизованным управлением – для управления процессом обмена данных в сети выделяется одна или несколько машин (серверов);
• децентрализованные сети – не содержат в своем составе выделенных серверов, функции управления сетью передаются по очереди от одного компьютера другому.

По составу вычислительных средств:

• однородные – объединяют однородные вычислительные средства (компьютеры);
• неоднородные – объединяют различные вычислительные средства (например: ПК, торговые терминалы, веб-камеры и сетевое хранилище данных).

По типам среды передачи сети разделяются на оптоволоконные, с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне, через спутниковый канал и т.д.

Вы можете встретить и другие классификации компьютерных сетей. Как правило, системному администратору приходится иметь дело с локальными проводными сетями с централизованным, либо децентрализованным управлением.