Компьютерные  вычислительные сети.

1. Общие сведения и классификация компьютерных сетей.
2. Локальные вычислительные сети.
3. Региональные вычислительные сети.
4. Глобальные вычислительные сети.
5. Виды услуг Интернет.

1.

   Компьютерные  сети – это совокупность компьютеров, соединенных каналами связи в единую систему, обеспечивающую комплексное и эффективное использование информационных, технических и программных ресурсов системы. 

Преимущества:

1. Экономия затрат на приобретение и эксплуатацию аппаратных средств.
2. Обеспечение совместного использования программных продуктов и данных.
3. Обеспечение целостности и актуальности БД.
4. Обеспечение защиты от несанкционированного доступа к данным и программе.
5. Более широкий доступ к региональным и глобальным ВС.

Проблемы:

• Распределение информационных ресурсов между компьютерами.
• Обеспечение целостности информационных ресурсов.
• Борьба с вирусами.

      Все КС имеют следующие аппаратные и  программные компоненты:  

      I Персональный компьютер

В КС персональные компьютеры выступают  в виде рабочих станций и серверов.

      Рабочая станция – ПК на рабочих местах пользователей, генерирующие или потребляющие информационные ресурсы сети.

     Сервер  – это ПК, обрабатывающие запросы рабочих станций и предоставляющий свои ресурсы клиентам сети. В сети могут быть как универсальные серверы –файлов и приложений, таки  специализированные:

     -файл-сервер – предназначен для работы с данными;

     -сервер печати – управляет доступом к принтеру;

     -почтовые серверы – управляют передачей сообщения электронной почтой между пользователями сети;

     -сервер факсов – управляет потоками факсимильного изображения через факс-модем;

     -сервер служб каталогов – обеспечивает систему защиты информации в сети. 
 
 
 
 
 
 

II Среда передачи

     В условиях функционирования ЛВС  в  качестве передающей среды могут  выступать кабельная и беспроводная связь. Используют следующие виды кабельной связи:

• витая пара проводов (двужильный кабель) – наиболее распространенное и дешевое кабельное соединение, представляющее собой пару скрученных проводов. Она обеспечивает достаточную скорость передачи данных (до 100 Мбит/сек.), проста в монтаже и нетребовательна к эксплуатации. Монтаж сети на витой паре ведется только по звездообразной топологии. Единственным недостатком применения этого вида кабеля является небольшая длина луча «звезды» (до 100 м),. что необходимо учитывать при построении сетей в многоэтажных зданиях и больших офисах.
• коаксиальный – имеет среднюю цену. Хорошо помехозащитен и применяется для связи на большие расстояния, скорость передачи от 1 до 10 Мбит/сек. Используется в одноранговых сетях.
• оптоволоконный кабель – является самым дорогим, скорость передачи  100 Мбит/сек., внешнее воздействие помех на передачу информации практически отсутствует, обладает противоподстлушивающими свойствами.

Беспроводная  связь: инфракрасное излучение, лазер, радиопередача. 
 

III Специальная аппаратура

   К специальной аппаратуре, которая должна быть установлена в сети и на РС, относят: сетевой адаптер (устройство, которое служит для подготовки данных, поступающих для передачи по сетевому кабелю для управления потоками данных между компьютерами, а так же для приема данных и преобразования их в форму доступную для обработки центральным процессором компьютера). Управление работой сетевого адаптера осуществляют специальные программы (драйверы сетевого адаптера). Работа в сети заключается в передаче данных от 1 компьютера к другому.

   В этом процессе можно выделить следующую  последовательность задач:

• распознать данные;
• разбить на управляемые блоки (пакеты);
• добавить информацию к каждому блоку (указать место нахождения данных, указать адрес получателя);
• поместить данные в сеть.

IV Программное обеспечение

     Например: На рабочих станциях обычно устанавливается однопользовательская ОС (Windows 95, 98, ME) и ПО клиента – прикладные программы обработки данных пользователя.

      На  сервере устанавливаются многопользовательская ОС -Windows NT, Windows 2000 Professional, Windows 2000 Server (фирма Microsoft), Windows XP  , системы Unix (фирма IBM) и Linux, ориентированные, прежде всего на корпоративные и глобальные сети. 

) и сетевое  ПО, позволяющее серверу взаимодействовать  с рабочими станциями и обеспечивать  одновременный доступ пользователей  сети к своим файлам. Файл-сервер  обслуживает все рабочие станции,  организует совместное использование  всей информации и программных средств, размещённых на его дисках.

            Управление работой  сети осуществляется сетевой операционной системой, которая выполняет все  функции в соответствии со строго установленным набором процедур.

      Процедуры – это протоколы, которые регулируют правила поведения сети. Они позволяют программному и аппаратному обеспечению различных пользователей нормально функционировать.  

V Устройства, обеспечивающие межсетевой обмен.

• Повторители – являются усилителями сигналов и обеспечивают протяженность сети.
• Мосты – позволяют объединить сети различных топологий, но работающих в одинаковых протоколах.
• Маршрутизаторы – обеспечивают соединение сетей, работающих в разных протоколах.
• Шлюзы – обеспечивают самое сложное объединение неоднородных сетей.

Классификация сетевых технологий:

1. по специализации:

• универсальные (могут решать любые задачи)

• специализированные (для определенного рода задач)
2. по способу организации:
• одноранговые сети, в которых каждый компьютер выполняет функции клиента, и сервера.
• С выделенным сервером.
3. по способу связи

• кабельные
• беспроводные

4. по степени охвата территории

• Локальные (LAN- Local Area Network) – объединяют абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. Протяженность сети ограничена 2-2,5 до 10 км.
• Региональные (MAN – Metropolitan Area Network) включают абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны, расстояние измеряется десятками – сотнями км. 
• Глобальные (WAN – WideArea Network) – объединяют абонентов расположенных в различных странах, на различных континентах..
5. по характеру реализуемых функций

• вычислительные – для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации

• информационные – для получения справочных данных по запросу пользователя
• смешанные – реализуются вычислительные и информационные функции

6. по способу управления

• с децентрализованным управлением, когда каждая ЭВМ, входящая в состав сети, имеет полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций
• с централизованным управлением, при этом один компьютер в сети является главным и координирует работу сети
• со смешанным управлением

7. по структуре построения

• радиальные (звезда)
• кольцевые
• иерархические
• магистральная (шина)

2.

      ЛВС может рассматриваться как совокупность серверов и РС, обслуживающих 1 предприятие или учреждение. При этом РС может работать в сетевом режиме и автономно. Она может управляться с помощью операционной сетевой системой и собственной операционной системой.

Существуют 2 вида структур ЛВС:

• Одноранговые, в которых не имеется серверов, а сетевая операционная система распределена по РС. Каждая станция выполняет функции клиента и их сервера. Преимущества: простота установки, низкая стоимость. Недостатки: сложность в управлении, обеспечения защиты информации, снижение эффективности работы при большом количестве ПК.
• С выделенным сервером – в этих сетях один из ПК выполняет функции хранения данных, управления взаимодействия между РС, определяет набор сервисных функций. На сервере устанавливается сетевая операционная система, прикладные программы пользователей, подключаются внешние устройства (принтеры, модемы). Преимущества: надежность системы защиты, высокое быстродействие и отсутствие жесткого ограничения на число РС. Недостатки: высокая зависимость от технической характеристики сервера.

Существует  2 вида сетевого программного обеспечения ЛВС с выделенным сервером:

• Архитектура файл – сервер – используется файловый сервер, на котором хранятся программы и данные. С РС посылается запрос на сервер, с которого предоставляется информация, а ее обработка происходит на РС. Недостатки: обмен на уровне файлов снижает объем обработки, т.к., в момент их корректировки блокируется доступ к другим пользователям; осуществляется перегрузка трафика сетей; высокие требования к техническому оснащению РС, где выполняется основная обработка.
• Архитектура клиент – сервер – обмен данных осуществляется между приложением клиент и приложением сервер. Хранение данных и их обработка происходит на мощном сервере. РС получает только результат запроса.

Различают 3 топологии построения компьютерных сетей:

Топология сети – это логическая схема соединения каналами связи РС.

1. Кольцевая – относится к классу децентрализированной топологии, в которой сообщения от одного узла связи последовательно передаются к другим узлам связи пока адрес сообщения не совпадет с адресом ПК. Данная структура сети является одноранговой(1 ПК и сервер и РС). Преимущества простая, не требует больших затрат на поддержание; не требует взаимосвязи в структуре программного обеспечения. Недостатки: легко доступна, слабая защита; проблема отказа аппаратуры.
2. Шинная – все ПК связаны более производительными сетями, т.е общим кабелем. Информация не передается последовательно, а ее получают сразу все ПК одновременно. Данная структура сети может быть как одноранговой так и двухранговой. Здесь 1 ПК выступает в качестве передающей сети. Преимущества – легко конфигурировать, не требует большого времени для подключения (используется один вид кабеля). Недостатки – много затрачивается времени для получения информации, если в сети много ПК.
3. Звезда – используется специальное устройство, которое выполняет функции маршрутизатора – это концентратор. С ним связаны все ПК. Позволяет одновременно обрабатывать сообщения и направлять не на все ПК, а только на тот кому предназначена информация. Он может одновременно обрабатывать много сигналов. Данная структура сети является двухранговой. Высокая производительность.

      На  практике применяется смешенная  топология: звезда – шина, звезда –  кольцо.

      Удобный способ построения локальных сетей  – это подсоединение всех компьютеров к специальным устройствам – концентраторам или коммутаторам, которые улучшают организацию передачи информации внутри сети.

      На  выбор топологии оказывают влияние  область применения, географическое расположение узлов, количество РС и их техническая характеристика, наличие сетевой ОС. Основные показатели, характеризующие качество работы сети:

• Производительность, которая выражается в пропускной способности (бит/сек)
• Надежность, которая обеспечивается наличием средств защиты от искажения и определяется уровень вероятности доставки (потери) пакета при передаче.
• Управляемость, которая определяется возможностью воздействия на любые элементы сети.
• Интегрированность или возможность объединения различных аппаратных и программных платформ.
• Расширяемость – возможность модернизации и дополнения сети различными элементами.

Администрирование сетей.

Для обеспечения  надежности и защиты информации осуществляется управление работой сети путем ее администрирования. Эти функции  выполняет программист – администратор. В его обязанности входит:

• Тестирование программного и аппаратного обеспечения.
• Определение наиболее рационального варианта построения топологии и подключение новых РС.
• Создание учетных записей для каждого пользователя системы с целью обеспечения статуса пользователя, его идентификации, определение прав доступа действий сетей.

3.

      РВС объединяют в себя локальные сети, расположенные в разных районах города или даже в разных городах и странах. В основном в региональные сети объединяются подразделения и филиалы крупных предприятий, корпораций и банков.

      Аппаратные  средства региональной сети обеспечивают путь прохождения информации от одной  локальной сети к другой  или  от одного компьютера сети к компьютеру другой сети. Для объединения локальных сетей могут использоваться мосты, маршрутизаторы, шлюзы и другие устройства. Передача информации производится в виде пакетов сообщений. Такая связь позволяет рабочим станциям одной локальной сети получать доступ к рабочим станциям, серверам и принтерам, расположенным в другой локальной сети.

      Различные протоколы региональных сетей передают информацию с разной скоростью. Протоколы  региональной сети имеют более низкое быстродействие, чем протоколы локальных  сетей. Поэтому доступ к файлам в  региональной сети оказывается медленнее, чем доступ к таким же файлам в локальной сети.

      Для объединения локальных сетей  в региональные необходимо наличие  физической связи между ними, а  также наличие условий для  обмена информацией, то есть общий протокол связи между собой. Локальные сети могут быть представлены в виде различных уровней. Работа по соединению локальных сетей в региональные намного проще, если они имеют одинаковые типологии и одинаковые сетевые операционные системы.

           Самым дешёвым и  медленным вариантом связи между локальными сетями организаций в региональной сети является применение обычных телефонных каналов связи и модемов. Другим вариантом могут быть собственные линии связи, проложенные между подразделениями предприятия, расположенными не очень далеко друг от друга – что стоит очень дорого. Самый целесообразный вариант – это аренда имеющихся линий связи у поставщиков телекоммуникационных услуг.   
 
 
 
 
 
 

4.

      Глобальные  сети – это телекоммуникационные структуры, объединяющие ЛВС, имеющие общий протокол связи, методы подключения и протоколы обмена данными.

      Глобальные  сети: универсальные (Интернет, спринт) и специализированные (академические КС, банковские международные сети).

      Интернет  – это глобальный информационный кооператив, не имеющий владельца и единого централизованного органа управления.

      29 октября 1969 г.  Считается датой рождения Интернета. В этот день была предпринята самая первая попытка дистанционного подключения к компьютеру, находившемуся в исследовательском центре Стэнфордского университета, с компьютера, который был установлен в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Удаленные друг от друга на расстояние 500 км системы стали первыми узлами будущей сети ARPAnet

      Принципы, заложенные во вновь созданную сеть по замыслу создателей, позволяли  использовать сеть для управления страной после ядерного взрыва. Главное требование к сети – надежная передача сообщений при любых изменениях условий передачи. Сеть должна оставаться работоспособной, даже если большая часть узлов выведена из строя.

      Для этого использовалась новая технология коммуникации пакетов – это разбитие исходного сообщения на небольшие фрагменты. Достоинство метода в высокой скорости, надежности, гибкости передачи. Так в целях повышения общей надежности сети ее управление было централизировано. Принципы, заложенные в новую сеть, оказались удачными, и она стала быстро развиваться.

      В 1961 г. была сформирована сеть ARPANET, объединяющая ряд военных, научных и учебных центров США. В 70 г. технология сети продолжает совершенствоваться. В этот период появился термин Интернет  на русском языке – межсетье, объединение сетей.

      Фактически  Интернет стал Интернетом, когда в 1982 г. был утвержден протокол TCP/IP, ставший физической основой сети.

      Для соединения сетей используется шлюз (gateway). Как правило, это выделенный компьютер, на котором установлено специальное программное обеспечение. Шлюзы преобразуют данные, поступающие из одной компьютерной сети так, чтобы другая компьютерная сеть их распознавала. На стыке сетей работает еще одно устройство — маршрутизатор (router). Его задача - принять решения о том, по которому маршруту следует отправить поступивший пакет. Технологии шлюзования и маршрутизации позволяют каждой организации, с одной стороны, свободно выбирать тот тип сети, который в большей степени отвечает требованиям программного обеспечения прикладных задач, а с другой стороны, обеспечивает соединение этой сети с сетями других типов.

      Протоколом  - называется совокупность принципов, правил и форматов данных, регламентирующих взаимодействие субъектов сети.

      Протокол  ТСР - обеспечивает разбивание сообщений на пакеты и их передачу. Интернет построен так, что пакеты к месту назначения различными маршрутами и прибывают в конечную точку в другом порядке, нежели отправлялись, они могут теряться и дублироваться. Протокол ТСР устраняет все возможные проблемы и обеспечивает сборку всех пакетов в единое сообщение.

        Протокол IP- определяет основные правила, которым должны следовать компьютеры для обмена данными: формат пакетов, формат адресов компьютеров сети, маршрут пакета, правила обработки пакетов маршрутизаторами и компьютерными сетями, т.е. другими словами -   отвечает за адресацию пакетов в сети.

      К концу 80 Интернет охватывает практически  все крупные центры США и Европы. В 90 происходит коммерциализация сети.

      Каждая  локальная сеть называется узлом или сайтом, а юридическое лицо, обеспечивающее работу сайта, — провайдером Сайт обычно состоит из нескольких компьютеров — серверов, каждый из которых предназначен для хранения информации определенного типа и в определенном формате. Каждый сайт и сервер на сайте имеют уникальные имена, посредством которых они идентифицируются в Интернет

      Обслуживание  сети Интернет выполняют специальные фирмы провайдеры. Государственные провайдеры: RELCOM – занимает ведущее место и имеет около 150 узлов. Она предоставляет пользователю ежедневные новости, аналитические обзоры на многие экономические темы.

      SOVAN TELEPORT – совместное российское – американское предприятие организованное в 90 годы, привлекает пользователя путем предоставления льгот.

      Гласнет  - является чисто коммерческой и имеет большое количество представительств в регионах.

      Существуют  различные способы  выхода в сеть Интернет путем соединения компьютеров провайдера и пользователя:

      • Коммутируемая телефонная линия (Dial-Up) - Используется телефонная линия (при связи с Интернет линия занята). Сеансовое подключение. Медленно, наименее надежно, дешево, наиболее популярно. Доступ в Интернет осуществляется путем заключения договора с провайдером и приобретением Интернет – карты. В договоре оговариваются условия: виды услуг, которыми будет пользоваться пользователь; стоимость подключения, абонентская плата и плата за  время работы.

      • Выделенная линия - Прямой кабель от пользователя до провайдера. Постоянное подключение. Быстро, надежно, дорого.

      • ADSL (Asymmetric Digital Subscribe Line) - Используется телефонный кабель, но при связи с Интернет телефонная линия свободна. Быстро, надежно, дешевле, чем выделенная линия.

      • Радиоканал - Используется радиомодем. Быстро, надежно, довольно дорого.

      • Сеть кабельного телевидения - Используется сеть кабельного телевидения. Нужен специальный модем. Средняя скорость и надежность, не очень дорого.

      • Спутниковый канал - Не во всех населенных пунктах доступна, разная скорость приема и передачи данных. Дешевле, чем выделенная линия.

        Провайдер предоставляет каждому компьютеру, постоянно или временно подключенному к Интернет, присваивается уникальный номер, который называют IP-адресом и устанавливает пароль, по которому пользователь входит в сеть Интернет. Для приема корреспонденции на сервере провайдера для пользователя устанавливается электронный почтовый ящик. Адреса пользователя могут быть 2 видов:

• Физический адрес (цифровой адрес). Это число длиной 32 бита, которое представляется в виде четырех десятичных чисел (каждое не более 255), разделенных точками. Например: 213.56.123.47. (Число 213 - адрес сети, остальные - адрес конкретного компьютера в сети. По IP-адресам компьютеры связываются друг с другом.). Пользователю работать с цифровыми адресами сложно, поэтому за компьютером (хостом) может быть закреплено доменное (текстовое) имя.

• Логический адрес (доменный)

      Домен (анг. domain - область) - это группа хостов, объединенная по определенному признаку и имеющая одно имя.

      Система доменных имен многоуровневая.

    •Домены первого уровня формируются по территориальному (ru - Россия.са-Канада, ch-Швейцария, сп- Китай, de- Германия, fi- Финляндия, gb-Великобритания, jp- Япония, us- США) или функциональному (edu -образовательные, gov- правительственные, com- коммерческие и др. ) признаку.

    •Домены второго уровня группируют хосты  по территории (msk -Москва) или по принадлежности одной организации (prime-lass- агентство экономической информации Прайм-ТАСС).

    • Внутри организации хосты могут быть сгруппированы по отделам, службам и т.д.

       Для подключения к удаленным серверам и хостам используются не просто доменные адреса, а универсальные указатели ресурса - URL (Universal Resourse Locator) - URL-адрес состоит из трех частей. В первой части указывается протокол, который будет использоваться для передачи данных, во второй части - адрес сервера, в третьей - путь к ресурсу на сервере. Синтаксис URL.

Пример

      Протокол//вид  услуг.адрес пользователя.провайдер

      Htt//www.altavista.ru

      Для доступа в интернет на рабочем месте пользователя выполняется следующая настройка:

1. осуществляется подключение и настройка модема
2. настройка удаленного доступа, который заключается в установке программ – браузеров (путеводитель), обеспечивающих удобный пользовательский интерфейс с Web – сайтами, электронной почты в режиме телеконференций.