Локальные и глобальные вычислительные сети

Федеральное Агентство по образованию

Филиал  государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования  филиала

«Алтайский  государственный университет»

в г. Бийске 
 
 
 
 
 

Реферат 
 

По  дисциплине: «Информатика»

На  тему: «Локальные и глобальные вычислительные сети» 
 
 
 
 
 

Выполнил:                                                            Проверил:                                    

студент 2 курса ОЗО                                           преподаватель

группа 291                                                            Колгатин В.Н.

Кошкина Ю.Л. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Бийск 2010

   Содержание 

1. Характеристика  глобальной сети

   Глобальная  сеть соединяет компьютеры, находящиеся в разных частях города, в разных городах и странах, на разных континентах.

   Глобальные  сети Wide Area Networks, WAN), которые также называют территориальными компьютерными сетями, служат для того, чтобы предоставлять свои сервисы большому количеству конечных абонентов, разбросанных по большой территории - в пределах области, региона, страны, континента или всего земного шара. Ввиду большой протяженности каналов связи, построение глобальной сети требует очень больших затрат, в которые входит стоимость кабелей и работ по их прокладке, затраты на коммутационное оборудование и промежуточную усилительную аппаратуру, обеспечивающую необходимую полосу пропускания канала, а также эксплуатационные затраты на постоянное поддержание в работоспособном состоянии разбросанной по большой территории аппаратуры сети.

   Типичными абонентами глобальной компьютерной сети являются локальные сети предприятий, расположенные в разных городах  и странах, которым нужно обмениваться данными между собой. Услугами глобальных сетей пользуются также и отдельные компьютеры.

   Глобальные  сети обычно создаются крупными телекоммуникационными  компаниями для оказания платных  услуг абонентам. Существуют такие  понятия, как оператор сети и поставщик  услуг сети. Оператор сети (network operator) - это та компания, которая поддерживает нормальную работу сети. Поставщик услуг, часто называемый также провайдером (service provider), - та компания, которая оказывает платные услуги абонентам сети.

   Гораздо реже глобальная сеть полностью создается какой-нибудь крупной корпорацией (такой, например, как Dow Jones или "Транснефть") для своих внутренних нужд. В этом случае сеть называется частной.

   Ввиду большой стоимости глобальных сетей  существует долговременная тенденция  создания единой глобальной сети, которая может передавать данные любых типов: компьютерные данные, телефонные разговоры, факсы, телеграммы, телевизионное изображение, телетекс (передача данных между двумя терминалами), видеотекс (получение хранящихся в сети данных на свой терминал) и т. д., и т. п. Тем не менее каждая из технологий, как компьютерных сетей, так и телефонных, старается сегодня передавать "чужой" для нее трафик с максимальной эффективностью, а попытки создать интегрированные сети на новом витке развития технологий продолжаются под преемственным названием Broadband ISDN (B-ISDN), то есть широкополосной (высокоскоростной) сети с интеграцией услуг. Сети B-ISDN будут основываться на технологии АТМ, как универсальном транспорте, и поддерживать различные службы верхнего уровня для распространения конечным пользователям сети разнообразной информации - компьютерных данных, аудио- и видеоинформации, а также организации интерактивного взаимодействия пользователей.

   Хотя  в основе локальных и глобальных вычислительных сетей лежит один и тот же метод - метод коммутации пакетов, глобальные сети имеют достаточно много отличий от локальных сетей. 

2. Структура глобальной сети

   Типичный  пример структуры глобальной компьютерной сети приведен на рис. 9. Здесь используются следующие обозначения: S (switch) - коммутаторы, К - компьютеры, R (router) - маршрутизаторы, MUX (multiplexor)- мультиплексор, UNI (User-Network Interface) - интерфейс пользователь - сеть и NNI (Network-Network Interface) - интерфейс сеть - сеть. Кроме того, офисная АТС обозначена аббревиатурой РВХ, а маленькими черными квадратиками - устройства DCE,о которых будет рассказано ниже. 

   Рис. 9. Пример структуры глобальной сети 

   Сеть  строится на основе некоммутируемых (выделенных) каналов связи, которые соединяют коммутаторы глобальной сети между собой. Коммутаторы называют также центрами коммутации пакетов (ЦКП), то есть они являются коммутаторами пакетов.

   Коммутаторы устанавливаются в тех географических пунктах, в которых требуется ответвление или слияние потоков данных конечных абонентов или магистральных каналов, переносящих данные многих абонентов. Естественно, выбор мест расположения коммутаторов определяется многими соображениями, в которые включается также возможность обслуживания коммутаторов квалифицированным персоналом, наличие выделенных каналов связи в данном пункте, надежность сети, определяемая избыточными связями между коммутаторами.

   Абоненты  сети подключаются к коммутаторам в общем случае также с помощью выделенных каналов связи. Эти каналы связи имеют более низкую пропускную способность, чем магистральные каналы, объединяющие коммутаторы, иначе сеть бы не справилась с потоками данных своих многочисленных пользователей. Для подключения конечных пользователей допускается использование коммутируемых каналов, то есть каналов телефонных сетей, хотя в таком случае качество транспортных услуг обычно ухудшается. Принципиально замена выделенного канала на коммутируемый ничего не меняет, но вносятся дополнительные задержки, отказы и разрывы канала по вине сети с коммутацией каналов, которая в таком случае становится промежуточным звеном между пользователем и сетью с коммутацией пакетов. 

3. Типы глобальных сетей

   Приведенная на рис. 6 глобальная вычислительная сеть работает в наиболее подходящем для компьютерного трафика режиме - режиме коммутации пакетов. Оптимальность этого режима для связи локальных сетей доказывают не только данные о суммарном трафике, передаваемом сетью в единицу времени, но и стоимость услуг такой территориальной сети. Обычно при равенстве предоставляемой скорости доступа сеть с коммутацией пакетов оказывается в 2-3 раза дешевле, чем сеть с коммутацией каналов, то есть публичная телефонная сеть.

   Поэтому при создании корпоративной сети необходимо стремиться к построению или использованию услуг территориальной сети со структурой, подобной структуре, приведенной на рис. 6, то есть сети с территориально распределенными коммутаторами пакетов.

   Однако  часто такая вычислительная глобальная сеть по разным причинам оказывается недоступной в том или ином географическом пункте. В то же время гораздо более распространены и доступны услуги, предоставляемые телефонными сетями или первичными сетями, поддерживающими услуги выделенных каналов. Поэтому при построении корпоративной сети можно дополнить недостающие компоненты услугами и оборудованием, арендуемыми у владельцев первичной или телефонной сети.

   В зависимости  от того, какие компоненты приходится брать в аренду, принято различать  корпоративные сети, построенные с использованием:

   выделенных  каналов;

   коммутации  каналов;

   коммутации  пакетов.

   Последний случай соответствует наиболее благоприятному случаю, когда сеть с коммутацией  пакетов доступна во всех географических точках, которые нужно объединить в общую корпоративную сеть. Первые два случая требуют проведения дополнительных работ, чтобы на основании взятых в аренду средств построить сеть с коммутацией пакетов.

   а) выделенные каналы;

   Выделенные (или арендуемые - leased) каналы можно  получить у телекоммуникационных компаний, которые владеют каналами дальней связи (таких, например, как "РОСТЕЛЕКОМ"), или от телефонных компаний, которые обычно сдают в аренду каналы в пределах города или региона.

   Использовать  выделенные линии можно двумя  способами. Первый состоит в построении с их помощью территориальной сети определенной технологии, например frame relay, в которой арендуемые выделенные линии служат для соединения промежуточных, территориально распределенных коммутаторов пакетов, как в случае, приведенном на рис. 10.

   Второй  вариант - соединение выделенными линиями  только объединяемых локальных сетей  или конечных абонентов другого  типа без установки транзитных коммутаторов пакетов, работающих по технологии глобальной сети. Второй вариант является наиболее простым с технической точки зрения, так как основан на использовании маршрутизаторов или удаленных мостов в объединяемых локальных сетях и отсутствии протоколов глобальных технологий. По глобальным каналам передаются те же пакеты сетевого или канального уровня, что и в локальных сетях. 

   Рис. 10. Использование выделенных каналов 

   Именно  второй способ использования глобальных каналов получил специальное  название "услуги выделенных каналов", так как в нем действительно больше ничего из технологий собственно глобальных сетей с коммутацией пакетов не используется.

   Выделенные  каналы очень активно применялись  совсем в недалеком прошлом и  применяются сегодня, особенно при  построении ответственных магистральных связей между крупными локальными сетями, так как эта услуга гарантирует пропускную способность арендуемого канала. Однако при большом количестве географически удаленных точек и интенсивном смешанном трафике между ними использование этой службы приводит к высоким затратам за счет большого количества арендуемых каналов.

   б) глобальные сети с коммутацией каналов;

   Сегодня для построения глобальных связей в  корпоративной сети доступны сети с  коммутацией каналов двух типов - традиционные аналоговые телефонные сети и цифровые сети с интеграцией услуг ISDN. Достоинством сетей с коммутацией каналов является их распространенность, что характерно особенно для аналоговых телефонных сетей.

   Телефонные  сети, полностью построенные на цифровых коммутаторах, и сети ISDN свободны от многих недостатков традиционных аналоговых телефонных сетей. Они предоставляют пользователям высококачественные линии связи, а время установления соединения в сетях ISDN существенно сокращено.

   Однако  даже при качественных каналах связи, которые могут обеспечить сети с коммутацией каналов, для построения корпоративных глобальных связей эти сети могут оказаться экономически неэффективными. Так как в таких сетях пользователи платят не за объем переданного трафика, а за время соединения, то при трафике с большими пульсациями и, соответственно, большими паузами между пакетами оплата идет во многом не за передачу, а за ее отсутствие. Это прямое следствие плохой приспособленности метода коммутации каналов для соединения компьютеров.

   Тем не менее, при подключении массовых абонентов к корпоративной сети, например сотрудников предприятия, работающих дома, телефонная сеть оказывается  единственным подходящим видом глобальной службы из соображений доступности  и стоимости (при небольшом времени связи удаленного сотрудника с корпоративной сетью).

   в) глобальные сети с коммутацией пакетов.

   В 80-е  годы для надежного объединения  локальных сетей и крупных  компьютеров в корпоративную  сеть использовалась практически одна технология глобальных сетей с коммутацией пакетов - Х.25. Сегодня выбор стал гораздо шире. Можно воспользоваться услугами территориальных сетей TCP/IP, которые доступны сегодня как в виде недорогой и очень распространенной сети Internet, так и в виде коммерческих глобальных сетей TCP/IP, изолированных от Internet и предоставляемых в аренду телекоммуникационными компаниями.

   В Интернет все данные пересылаются в виде пакетов. Пакет – это специальная последовательность бит, несущих собственно данные, а также служебную информацию об адресах получателя и отправителя информации, номере пакета, коды для проверки его целостности и другие. Общая длина пакета составляет от 100 до 2000 байт.

   Каждый  пакет может продвигаться по сети своим маршрутом, что делает сеть не зависимой от аварии или блокировки отдельного узла. Перенаправлением пакетов в зависимости от нагрузки сети занимаются маршрутизаторы. А временное хранение пакетов в местах пересылки позволяет выполнить проверку их целостности и перезапросить поврежденные пакеты. 

4. Пример  глобальной сети – Интернет

   Интернет – это всемирная информационная компьютерная сеть, которая объединяет в единое целое множество компьютерных сетей и отдельных компьютеров, предоставляющих обширную информацию в общее пользование и не является коммерческой организацией.

   Компьютер пользователя с помощью линии связи подключается к компьютеру провайдера, который, в свою очередь подключен к другому компьютеру сети и т.д. Информация в сети хранится как на компьютерах провайдера, так и на специальных компьютерах, которые называются информационными серверами. Компьютеры, к которым подключаются многие другие компьютеры называют серверами. Провайдером называется организация, через которую рядовые компьютеры подключаются к глобальной сети.

   Пользователи  в Интернет работают по единым правилам. В качестве общего языка в сети Интернет используются протоколы обмена данными. Протоколы - это стандарты, определяющие формы представления и способы пересылки сообщений, процедуры их интерпретации, правила совместной работы различного оборудования в сетях.

   Протокол – это правила взаимодействия. Например, дипломатический протокол предписывает, как поступать при встрече зарубежных гостей или при проведении приемов. Сетевой протокол предписывает правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Стандартные протоколы заставляют разные компьютеры "говорить на одном языке". Таким образом осуществляется возможность подключения к Интернет разнотипных компьютеров (IBM, Macintosh), работающих под управлением различных операционных систем (Windows, UNIX, MS DOS).

   Следует отметить децентрализованную структуру  этой сети. В мире нет центрального управляющего органа, следящего за размещаемой в Internet информацией. Эту  роль выполняют различные подключенные к Internet сети, которые и определяют, какая информация будет в ней размещаться и как она будет передаваться. Такая полностью распределенная структура делает Internet очень гибкой и предоставляет возможность поддерживать неограниченное количество пользователей. Однако подключенные к Internet сети должны удовлетворять определенным стандартам. Эти стандарты утверждаются несколькими добровольными организациями. Например, Совет по архитектуре Internet (Internet Architecture Board — IAB) рассматривает и утверждает протоколы передачи и стандарты нумерации. Комитент по технологическим нормам Internet устанавливает стандарты повседневной работы сети. Союз Internet публикует различные стандарты и осуществляет координацию между различными контролирующими органами Internet, провайдерами услуг и пользователями.

   Основу  сети Интернет составляет группа протоколов TCP/IP.

   Протокол  TCP (Transmission Control Protocol) – транспортного уровня, он управляет тем, как происходит передача информации (данные "нарезаются" на пакеты и маркируются).

   IP (Internet Protocol) – протокол сетевого уровня, добавляет к пакету IP-адреса получателя и отравителя и отвечает на вопрос, как проложить маршрут для доставки информации.

   Каждый  компьютер, включенный в сеть – хост, имеет свой уникальный IP-адрес. Этот адрес выражается четырьмя байтами, например: 234.049.122.201, и регистрируется в Информационном центре сети– InterNIC или в Network Solutions Inc (NSI). Организация IP-адреса такова, что каждый компьютер, через который проходит TCP-пакет, может определить, кому из ближайших "соседей" его нужно переслать.

   Для удобства пользователей в Интернет введена  доменная адресация. Домены – группы компьютеров, имеющие единое управление и образующие иерархическую структуру. Доменное имя отражает иерархию доменов и состоит из сегментов, разделенных точкой. Например, interweb.spb.ru – адрес электронной справочной системы в Санкт-Петербурге. Самый последний (справа) называется именем домена верхнего уровня. Среди них различают географические и тематические.

   Географические  адреса, чаще двухбуквенные, определяют принадлежность владельца имени к сети определенной страны. Например, ru – Россия, de – Германия, us – Соединенные Штаты и др.

   Тематические  адреса, обычно трех- и четырехбуквенные, позволяют определить сферу деятельности их владельцев. Например, edu – образовательные учреждения, com – коммерческие организации, store – Интернет-магазины.

   Для установления соединения между компьютерами в  сети нужно знать адрес домена, включающего этот компьютер.

2. Локальные сети

1. Определение локальной сети

   Способов  и средств обмена информацией за последнее время предложено множество: от простейшего переноса файлов с помощью дискеты до всемирной компьютерной сети Интернет, способной объединить все компьютеры мира. Какое же место в этой иерархии отводится локальным сетям?

   Чаще  всего термин " локальные сети " или "локальные вычислительные сети" (LAN, Local Area Network) понимают буквально, то есть это такие сети, которые  имеют небольшие, локальные размеры, соединяют близко расположенные компьютеры. Однако достаточно посмотреть на характеристики некоторых современных локальных сетей, чтобы понять, что такое определение не точно. Например, некоторые локальные сети легко обеспечивают связь на расстоянии нескольких десятков километров. Это уже размеры не комнаты, не здания, не близко расположенных зданий, а, может быть, даже целого города.

   Неверно и довольно часто встречающееся  определение локальной сети как  малой сети, которая объединяет небольшое  количество компьютеров. Действительно, как правило, локальная сеть связывает  от двух до нескольких десятков компьютеров. Но предельные возможности современных локальных сетей гораздо выше: максимальное число абонентов может достигать тысячи.

   Наверное, наиболее точно было бы определить как локальную, такую сеть, которая  позволяет пользователям не замечать связи. Еще можно сказать, что локальная сеть должна обеспечивать прозрачную связь. По сути, компьютеры, связанные локальной сетью, объединяются, в один виртуальный компьютер, ресурсы которого могут быть доступны всем пользователям, причем этот доступ не менее удобен, чем к ресурсам, входящим непосредственно в каждый отдельный компьютер. Под удобством в данном случае понимается высокая реальная скорость доступа, скорость обмена информацией между приложениями, практически незаметная для пользователя. При таком определении становится понятно, что ни медленные глобальные сети, ни медленная связь через последовательный или параллельный порты не подпадают под понятие локальной сети.

   Из  данного определения следует, что  скорость передачи по локальной сети обязательно должна расти по мере роста быстродействия наиболее распространенных компьютеров.

   Таким образом, главное отличие локальной  сети от любой другой — высокая  скорость передачи информации по сети. Но это еще не все, не менее важны  и другие факторы.

   В частности, принципиально необходим низкий уровень ошибок передачи, вызванных  как внутренними, так и внешними факторами. Ведь даже очень быстро переданная информация, которая искажена ошибками, просто не имеет смысла, ее придется передавать еще раз. Поэтому локальные сети обязательно используют специально прокладываемые высококачественные и хорошо защищенные от помех линии связи.

   Особое  значение имеет и такая характеристика сети, как возможность работы с  большими нагрузками, то есть с высокой  интенсивностью обмена. Ведь если механизм управления обменом, используемый в сети, не слишком эффективен, то компьютеры могут подолгу ждать своей очереди на передачу. И даже если эта передача будет производиться затем на высочайшей скорости и безошибочно, для пользователя сети такая задержка доступа ко всем сетевым ресурсам неприемлема. Ему ведь не важно, почему приходится ждать.

   Механизм  управления обменом может гарантированно успешно работать только в том  случае, когда заранее известно, сколько компьютеров (или, как еще говорят, абонентов, узлов), допустимо подключить к сети. Иначе всегда можно включить столько абонентов, что вследствие перегрузки забуксует любой механизм управления. Наконец, сетью можно назвать только такую систему передачи данных, которая позволяет объединять до нескольких десятков компьютеров, но никак не два, как в случае связи через стандартные порты.

   Таким образом, сформулировать отличительные  признаки локальной сети можно следующим  образом:

   1) Высокая  скорость передачи информации, большая пропускная способность сети.

   2) Низкий  уровень ошибок передачи (высококачественные  каналы связи).

   3) Эффективный, быстродействующий механизм управления обменом по сети.

   4) Заранее  четко ограниченное количество  компьютеров, подключаемых к сети.

   При таком  определении понятно, что глобальные сети отличаются от локальных прежде всего тем, что они рассчитаны на неограниченное число абонентов. Кроме того, они используют (или  могут использовать) не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи. А механизм управления обменом в них не может быть гарантированно быстрым. В глобальных сетях гораздо важнее не качество связи, а сам факт ее существования.

   Нередко выделяют еще один класс компьютерных сетей — городские, региональные сети (MAN, Metropolitan Area Network), которые обычно по своим характеристикам ближе к глобальным сетям, хотя иногда все-таки имеют некоторые черты локальных сетей, например, высококачественные каналы связи и сравнительно высокие скорости передачи. В принципе городская сеть может быть локальной со всеми ее преимуществами.

   Правда, сейчас уже нельзя провести четкую границу между локальными и глобальными  сетями. Большинство локальных сетей  имеет выход в глобальную. Но характер передаваемой информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети в данном случае включены также и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть остается всего лишь одним из ресурсов, разделяемых пользователями локальной сети.

   По  локальной сети может передаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонные разговоры, электронные письма и т.д. Кстати, именно задача передачи изображений, особенно полноцветных динамических, предъявляет самые высокие требования к быстродействию сети. Чаще всего локальные сети используются для разделения (совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеры и выход в глобальную сеть, но это всего лишь незначительная часть тех возможностей, которые предоставляют средства локальных сетей. Например, они позволяют осуществлять обмен информацией между компьютерами разных типов. Полноценными абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, например, принтеры, плоттеры, сканеры. Локальные сети дают также возможность организовать систему параллельных вычислений на всех компьютерах сети, что многократно ускоряет решение сложных математических задач. С их помощью, как уже упоминалось, можно управлять работой технологической системы или исследовательской установки с нескольких компьютеров одновременно. 

2.  Архитектурный принцип построения сетей

   Архитектурный принцип построения сетей (за исключением одноранговых сетей, в которых компьютеры равноправны) называется "клиент – сервер".

   В одноранговой сети все компьютеры равноправны. Каждый из них может выступать как  в роли сервера, т. е. предоставлять  файлы и аппаратные ресурсы (накопители, принтеры и пр.) другим компьютерам, так и в роли клиента, пользующегося ресурсами других компьютеров. Например, если на вашем компьютере установлен принтер, то с его помощью смогут распечатывать свои документы все остальные пользователи сети, а вы, в свою очередь, сможете работать с Интернетом, подключение к которому осуществляется через соседний компьютер.