Сети и телекоммуникации

«Компьютерные сети и телекоммуникации»

СОДЕРЖАНИЕ

• Введение
• Классификация компьютерных сетей
• Топология построения ЛВС
• Методы доступа к передающей среде в ЛВС
• Корпоративная сеть интернет
• Принципы, технологии, протоколы интернет
• Тенденции развития интернет
• Основные компоненты www, url, html
• Заключение

ВВЕДЕНИЕ

За последние  годы глобальная сеть Интернет превратилась в явление мирового масштаба. Сеть, которая до недавнего времени  использовалась ограниченным кругом ученых, государственных служащих и работников образовательных учреждений в их профессиональной деятельности, стала  доступной для больших и малых  корпораций и даже для индивидуальных пользователей.

Изначально Интернет представляла собой достаточно сложную  систему для рядового пользователя. Как только Интернет стал доступен для коммерческих фирм и частных  пользователей, началась разработка программного обеспечения для работы с различными полезными сервисами Интернет, такими, как FTP, Gopher, WAIS и Telnet. Специалисты также создали совершенно новый вид услуг, например, World Wide Web - систему, позволяющую интегрировать текст, графику и звук.

Данная работа посвящена исследованию структуры  Сети, ее инструментов и технологий и применения Интернет. Изучаемый  здесь вопрос крайне актуален потому, что Интернет сегодня переживает период взрывного роста.

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

Сети компьютеров  имеют множество преимуществ  перед совокупностью отдельных  систем, в их числе следующие:

· Разделение ресурсов.

· Повышение  надежности функционирования системы.

· Распределение  загрузки.

· Расширяемость.

Разделение ресурсов.

Пользователи  сети могут иметь доступ к определенным ресурсам всех узлов сети. В их числе, например, наборы данных, свободная  память на удаленных узлах, вычислительная мощность удаленных процессоров  и т.д. Это позволяет экономить  значительные средства за счет оптимизации  использования ресурсов и их динамического  перераспределения в процессе работы.

Повышение надежности функционирования системы.

Поскольку сеть состоит из совокупности отдельных  узлов, то в случае сбоя на одном  или нескольких узлах другие узлы смогут взять на себя их функции. При  этом пользователи могут даже и не заметить этого- перераспределение задач возьмет на себя программное обеспечение сети.

Распределение загрузки.

В сетях с  переменным уровнем загруженности  имеется возможность перераспределять задачи с одних узлов сети (с  повышенной нагрузкой) на другие, где  имеются свободные ресурсы. Такое  перераспределение может производиться  динамически в процессе работы, более  того, пользователи могут даже и  не знать об особенностях планирования задач в сети. Эти функции может  брать на себя программное обеспечение  сети.

Расширяемость.

Сеть может  быть легко расширена за счет добавления новых узлов. При этом архитектура  практически всех сетей позволяет  легко адаптировать сетевое программное  обеспечение к изменениям конфигурации. Более того, это может производиться  автоматически.

Однако с точки  зрения безопасности эти достоинства  превращаются в уязвимые места, порождая серьезные проблемы.

Особенности работы в сети определяются ее двойственным характером: с одной стороны, сеть следует рассматривать как единую систему, а с другой, - как совокупность независимых систем, каждая из которых  выполняет свои функции; имеет своих  пользователей. Эта же двойственность проявляется в логическом и физическом восприятии сети: на физическом уровне взаимодействие отдельных узлов  осуществляется с помощью сообщений  различного вида и формата, которые  интерпретируются протоколами. На логическом уровне (т.е. сточки зрения протоколов верхних уровней) сеть представляется как совокупность функций, распределенных по различным узлам, но связанных  в единый комплекс.

Сети подразделяются: [5, с.4-7]

1. По топологии  сети (классификация по организации  физического уровня).

Общая шина.

Все узлы соединены  с общей высокоскоростной шиной  передачи данных. Они одновременно настроены на прием сообщения, но каждый узел может принять только то сообщение, которое предназначено ему. Адрес идентифицируется контроллером сети, при этом в сети может быть только один узел с заданным адресом. Если два узла одновременно заняты передачей сообщения (столкновение пакетов), то один из них или они оба ее прекращают, ожидают случайный интервал времени, затем возобновляют попытку передачи (метод разрешения конфликтов). Возможен другой случай -- в момент передачи каким-либо узлом сообщения по сети, другие узлы начать передачу не могут (метод предотвращения конфликтов). Такая топология сети является очень удобной: все узлы являются равноправными, логическое расстояние между любыми двумя узлами равно 1, скорость передачи сообщений велика. Впервые организация сети «общая шина» и соответствующие протоколы нижних уровней были разработаны совместно компаниями DIGITAL и Rank Xerox, она получила название Ethernet.

Кольцо.

Сеть построена  в виде замкнутого контура однонаправленных каналов между станциями. Каждая станция принимает сообщения  по входному каналу, в начале сообщения  содержится адресная и управляющая  информация. На основании ее станция  принимает решение сделать копию  сообщения и убрать его из кольца либо передать по выходному каналу на соседний узел. Если в настоящий  момент не передается никакого сообщения, станция сама может передать сообщение.

В кольцевых  сетях используется несколько различных  способов управления:

- гирляндная -- управляющая информация передается по отдельным совокупностям (цепям) компьютеров кольца;

- управляющий  маркер -- управляющая информация оформляется в виде определенного битового шаблона, циркулирующего по кольцу; только при получении маркера станция может выдать сообщение в сеть (наиболее известный способ, получивший название token ring);

- сегментная -- по кольцу циркулирует последовательность сегментов. Обнаружив пустой, станция может поместить в него сообщение и передать в сеть;

- вставка регистров  -- сообщение загружается в регистр  сдвига и передается в сеть когда кольцо свободно.

Звезда.

Сеть состоит  из одного узла-концентратора и нескольких соединенных с ним терминальных узлов, непосредственно между собой  несвязанных. Один или несколько  терминальных узлов могут являться концентраторами другой сети, в этом случае сеть приобретает древовидную  топологию.

Управление сетью  полностью осуществляется концентратором; терминальные узлы могут связываться  между собой только через него. Обычно на терминальных узлах выполняется  лишь локальная обработка данных. Обработка данных, имеющих отношение  ко всей сети, осуществляется на концентраторе. Она носит название централизованной. Управление сетью обычно осуществляется с помощью процедуры опроса: концентратор через определенные промежутки времени опрашивает по очереди терминальные станции - есть ли для него сообщение. Если есть - терминальная станция передает сообщение на концентратор, если нет - осуществляется опрос следующей станции. Концентратор может передать сообщение одному или нескольким терминальным станциям в любой момент времени.

2. По размерам  сети:

· Локальные.

· Территориальные.

Локальные.

Сеть передачи данных, связывающая ряд узлов  в одной локальной зоне (комната, организация); обычно узлы сети комплектуются  однотипным аппаратным и программным  обеспечением (хотя это и необязательно). Локальные сети обеспечивают высокие  скорости передачи информации. Локальные  сети характеризуются короткими (не более нескольких километров) линиями  связи, контролируемой рабочей средой, низкой вероятностью ошибок, упрощенными  протоколами. Для связи локальных  сетей с территориальными используются шлюзы.

Территориальные.

Отличаются от локальных большей протяженностью линий связи (город, область, страна, группа стран), которые могут обеспечиваться телекоммуникационными компаниями. Территориальная сеть может связывать  несколько локальных сетей, отдельные  удаленные терминалы и ЭВМ  и может быть соединена с другими  территориальными сетями.

Территориальные сети редко используют какие-либо типовые  топологические конструкции, так как  они предназначены для выполнения других, обычно специфических задач. Поэтому они как правило строятся в соответствии с произвольной топологией, управление осуществляется с помощью специфических протоколов.

3. По организации  обработки информации (классификация  на логическом уровне представления;  здесь под системой понимается  вся сеть как единый комплекс):

Централизованная.

Системы такой  организации наиболее широко распространены и привычны. Они состоят из центрального узла, реализующего весь комплекс выполняемых  системой функций, и терминалов, роль которых сводится к частичному вводу  и выводу информации. В основном периферийные устройства играют роль терминалов, с которых осуществляется управление процессом обработки  информации. Роль терминалов могут  выполнять дисплейные станции или  персональные компьютеры, как локальные, так и удаленные. Любая обработка (в том числе связь с другими  сетями) выполняется через центральный  узел. Особенностью таких систем является высокая нагрузка на центральный  узел, в силу чего там должен быть высоконадежный и высокопроизводительный компьютер. Центральный узел является наиболее уязвимой частью системы: выход  его из строя выводит из строя  всю сеть. В тоже время задачи обеспечения безопасности в централизованных системах решаются наиболее просто и  фактически сводятся к защите центрального узла.

Другой особенностью таких систем является неэффективное  использование ресурсов центрального узла, а также неспособность гибкой перестройки характера работы (центральный  компьютер должен работать все время, а значит какую-то его часть он может работать вхолостую). В настоящее время доля систем с централизованным управлением постепенно падает.

Распределенная.

Практически все  узлы этой системы могут выполнять  сходные функции, причем каждый отдельный  узел может использовать оборудование и программное обеспечение других узлов. Основной частью такой системы  является распределенная ОС, которая  распределяет объекты системы: файлы, процессы (или задачи), сегменты памяти, другие ресурсы. Но при этом ОС может  распределять не все ресурсы или  задачи, а только часть их, например, файлы и свободную память на диске. В этом случае система все равно  считается распределенной, количество ее объектов (функций, которые могут  быть распределены по отдельным узлам) называется степенью распределенности. Такие системы могут быть как локальными, так и территориальными. Говоря математическим языком, основной функцией распределенной системы является отображение отдельных задач во множество узлов, на которых происходит их выполнение [4, с.49]. Распределенная система должна обладать следующими свойствами: [6]

1. Прозрачностью,  то есть система должна обеспечить  обработку информации вне зависимости  от ее местонахождения.

2. Механизмом  распределения ресурсов, который  должен выполнять следующие функции:  обеспечивать взаимодействие процессов  и удаленный вызов задач, поддерживать  виртуальные каналы, распределенные  транзакции и службу имен.

3. Службой имен, единой для всей системы, включая  поддержку единой службы директорий.

4. Реализацией  служб гомогенных и гетерогенных  сетей.

5. Контролем  функционирования параллельных  процессов.

6. Безопасностью.  В распределенных системах проблема  безопасности переходит на качественно  новый уровень, поскольку приходится  контролировать ресурсы и процессы  всей системы в целом, а также  передачу информации между элементами  системы. Основные составляющие  защиты остаются теми же - контроль  доступа и информационных потоков,  контроль трафика сети, аутентификация, операторский контроль и управление  защитой. Однако контроль в  этом случае усложняется.

Распределенная  система обладает рядом преимуществ, не присущих никакой другой организации  обработки информации: оптимальностью использования ресурсов, устойчивостью  к отказам (выход из строя одного узла не приводит к фатальным последствиям - его легко можно заменить) и  т.д. Однако при этом возникают новые  проблемы: методика распределения ресурсов, обеспечение безопасности, прозрачности и др. В настоящее время все  возможности распределенных систем реализованы далеко не полностью.

В последнее  время все большее признание  получает концепция обработки информации клиент-сервер. Данная концепция является переходной от централизованной к распределенной и одновременно объединяющей обе последних. Однако клиент-сервер - это не столько способ организации сети, сколько способ логического представления и обработки информации.

Клиент-сервер - это такая организация обработки  информации, при которой все выполняемые  функции делятся на два класса: внешние и внутренние. Внешние  функции состоят из поддержки  интерфейса пользователя и функций  представления информации на уровне пользователя. Внутренние касаются выполнения различных запросов, процесса обработки  информации, сортировки и др.

Сущность концепции  клиент-сервер заключается в том, что в системе выделяются элементы двух уровней: серверы, выполняющие  обработку данных (внутренние функции), и рабочие станции, выполняющие  функции формирования запросов и  отображения результатов их обработки (внешние функции). От рабочих станций  к серверу идет поток запросов, в обратном направлении - результаты их обработки. Серверов в системе  может быть несколько и они могут выполнять различные наборы функций нижнего уровня (серверы печати, файловые и сетевые серверы). Основной объем информации обрабатывается на серверах, которые в этом случае играют роль локальных центров; информация вводится и выводится с помощью рабочих станций.

Отличительные особенности систем, построенных  по принципу клиент-сервер, следующие:

- наиболее оптимальное  использование ресурсов;

- частичное распределение  процесса обработки информации  в сети;

- прозрачный  доступ к удаленным ресурсам;

- упрощенное  управление;

- пониженный  трафик;

- возможность  более надежной и простой защиты;

- большая гибкость  в использовании системы в  целом, а также разнородного  оборудования и программного  обеспечения;

- централизованный  доступ к определенным ресурсам,

Отдельные части  одной системы могут строится по различным принципам и объединяться с использованием соответствующих согласующих модулей. Каждый класс сетей имеет свои специфические особенности как в плане организации, так и в плане защиты.

КОРПОРАТИВНАЯ СЕТЬ ИНТЕРНЕТ

Корпоративная сеть представляет собой част-ный случай корпоративной сети крупной компании. Очевидно, что специфика деятельности предъявляет жесткие требования к системам защиты информации в компьютерных сетях. Не менее важную роль при построении корпоративной сети играет необходимость обеспечения безотказной и бесперебойной работы, поскольку даже кратковременный сбой в ее работе может привести к гигантским убыткам. И, наконец, требуется обеспечить быструю и надежную передачу большого объема данных, поскольку многие прикладные программы должны работать в режиме реального времени.

Требования к  корпоративной сети

Можно выделить следующие основные требования к  корпоративной сети:

Сеть объединяет в структурированную и управляемую  замкнутую систему все принадлежащие  компании информационные устройства: отдельные компьюте-ры и локальные вычислительные сети (LAN), хост-серверы, рабочие станции, телефоны, факсы, офис-ные АТС.

В сети обеспечивается надежность ее функционирования и мощные системы защиты информации. То есть, гарантируется безотказная работа системы как при ошибках персонала, так и в случае попытки несанкционированного доступа.

Существует отлаженная система связи между отделениями  разного уров-ня (как с городскими, так и с иногородними отделениями ).

В связи с  современными тенденциями развития появляется потребность в специфичных  решениях. Существенную роль приобретает  организация опе-ративного, надежного и безопасного доступа удаленно-го клиента к современным услугам.

ПРИНЦИПЫ, ТЕХНОЛОГИИ, ПРОТОКОЛЫ ИНТЕРНЕТ

Основное, что  отличает Internet от других сетей - это ее протоколы - TCP/IP. Вообще, термин TCP/IP обычно означает все, что связано с протоколами взаимодействия между компьютерами в Internet. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы, и даже саму сеть. TCP/IP - это технология межсетевого взаимодействия, технология internet. Сеть, которая использует технологию internet, называется "internet". Если речь идет о глобальной сети, объединяющей множество сетей с технологией internet, то ее называют Internet.

Свое название протокол TCP/IP получил от двух коммуникационных протоколов (или протоколов связи). Это Transmission Control Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP). Несмотря на то, что в сети Internet используется большое число других протоколов, сеть Internet часто называют TCP/IP-сетью, так как эти два протокола, безусловно, являются важнейшими.

Как и во всякой другой сети в Internet существует 7 уровней взаимодействия между компьютерами: физический, логический, сетевой, транспортный, уровень сеансов связи, представительский и прикладной уровень. Соответственно каждому уровню взаимодействия соответствует набор протоколов (т.е. правил взаимодействия).

Протоколы физического  уровня определяют вид и характеристики линий связи между компьютерами. В Internet используются практически все известные в настоящее время способы связи от простого провода (витая пара) до волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

Для каждого  типа линий связи разработан соответствующий  протокол логического уровня, занимающийся управлением передачей информации по каналу. К протоколам логического  уровня для телефонных линий относятся  протоколы SLIP (Serial Line Interface Protocol) и PPP (Point to Point Protocol). Для связи по кабелю локальной сети - это пакетные драйверы плат ЛВС.

Протоколы сетевого уровня отвечают за передачу данных между  устройствами в разных сетях, то есть занимаются маршрутизацией пакетов  в сети. К протоколам сетевого уровня принадлежат IP (Internet Protocol) и ARP (Address Resolution Protocol).

Протоколы транспортного  уровня управляют передачей данных из одной программы в другую. К  протоколам транспортного уровня принадлежат TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol).

Протоколы уровня сеансов связи отвечают за установку, поддержание и уничтожение соответствующих  каналов. В Internet этим занимаются уже упомянутые TCP и UDP протоколы, а также протокол UUCP (Unix to Unix Copy Protocol).

Протоколы представительского уровня занимаются обслуживанием прикладных программ. К программам представительского уровня принадлежат программы, запускаемые, к примеру, на Unix-сервере, для предоставления различных услуг абонентам. К  таким программам относятся: telnet-сервер, FTP-сервер, Gopher-сервер, NFS-сервер, NNTP (Net News Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), POP2 и POP3 (Post Office Protocol) и т.д.

К протоколам прикладного  уровня относятся сетевые услуги и программы их предоставления.

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ИНТЕРНЕТ

В 1961 году DARPA (Defence Advanced Research Agensy) по заданию министерства обороны США приступило к проекту по созданию экспериментальной сети передачи пакетов. Эта сеть, названная ARPANET, предназначалась первоначально для изучения методов обеспечения надежной связи между компьютерами различных типов. Многие методы передачи данных через модемы были разработаны в ARPANET. Тогда же были разработаны и протоколы передачи данных в сети - TCP/IP. TCP/IP - это множество коммуникационных протоколов, которые определяют, как компьютеры различных типов могут общаться между собой.

Эксперимент с ARPANET был настолько успешен, что многие организации захотели войти в  нее, с целью использования для  ежедневной передачи данных. И в 1975 году ARPANET превратилась из экспериментальной  сети в рабочую сеть. Ответственность  за администрирование сети взяло  на себя DCA (Defence Communication Agency), в настоящее время называемое DISA (Defence Information Systems Agency). Но развитие ARPANET на этом не остановилось; протоколы TCP/IP продолжали развиваться и совершенствоваться.

В 1983 году вышел  первый стандарт для протоколов TCP/IP, вошедший в Military Standarts (MIL STD), т.е. в военные стандарты, и все, кто работал в сети, обязаны были перейти к этим новым протоколам. Для облегчения этого перехода DARPA обратилась с предложением к руководителям фирмы внедрить протоколы TCP/IP в Berkeley(BSD) UNIX. С этого и начался союз UNIX и TCP/IP.

Спустя некоторое  время TCP/IP был адаптирован в обычный, то есть в общедоступный стандарт, и термин Internet вошел во всеобщее употребление. В 1983 году из ARPANET выделилась MILNET, которая стала относиться к министерству обороны США. Термин Internet стал использоваться для обозначения единой сети: MILNET плюс ARPANET. И хотя в 1991 году ARPANET прекратила свое существование, сеть Internet существует, ее размеры намного превышают первоначальные, так как она объединила множество сетей во всем мире. Рисунок 4 иллюстрирует рост числа хостов, подключенных к сети Internet с 4 компьютеров в 1969 году до 8,3 миллионов в 1996. Хостом в сети Internet называются компьютеры, работающие в многозадачной операционной системе (Unix, VMS), поддерживающие протоколы TCP\IP и предоставляющие пользователям какие-либо сетевые услуги.

ОСНОВНЫЕ  КОМПОНЕНТЫ WWW, URL, HTML 

World Wide Web переводится на русский язык как “Всемирная Паутина”. И, в сущности, это действительно так. WWW является одним из самых совершенных инструментов для работы в глобальной мировой сети Internet. Эта служба появилась сравнительно недавно и все еще продолжает бурно развиваться.  

Наибольшее количество разработок имеют отношение к  родине WWW - CERN, European Particle Physics Laboratory; но было бы ошибкой считать, что Web является инструментом, разработанным физиками и для физиков. Плодотворность и привлекательность идей, положенных в основу проекта, превратили WWW в систему мирового масштаба, предоставляющую информацию едва ли не во всех областях человеческой деятельности и охватывающую примерно 30 млн. пользователей в 83 странах мира. 

Главное отличие WWW от остальных инструментов для  работы с Internet заключается в том, что WWW позволяет работать практически со всеми доступными сейчас на компьютере видами документов: это могут быть текстовые файлы, иллюстрации, звуковые и видео ролики, и т.д.  

Что такое WWW? Это  попытка организовать всю информацию в Internet, плюс любую локальную информацию по вашему выбору, как набор гипертекстовых документов. Вы перемещаетесь по сети, переходя от одного документа к другому по ссылкам. Все эти документы написаны на специально разработанном для этого языке, который называется HyperText Markup Language (HTML). Он чем-то напоминает язык, использующийся для написания текстовых документов, только HTML проще. Причем, можно использовать не только информацию, предоставляемую Internet, но и создавать собственные документы. В последнем случае существует ряд практических рекомендаций к их написанию.  

Вся польза гипертекста  состоит в создании гипертекстовых документов, если вас заинтересовал  какой либо пункт в таком документе, то вам достаточно ткнуть туда курсором для получения нужной информации. Также в одном документе возможно делать ссылки на другие, написанные другими авторами или даже расположенные на другом сервере. В то время как вам это представляется как одно целое.  

Гипермедиа это  надмножество гипертекста. В гипермедиа производятся операции не только над  текстом но и над звуком, изображениями, анимацией.  

Существуют WWW-серверы  для Unix, Macintosh, MS Windows и VMS, большинство из них распространяются свободно. Установив WWW-сервер, вы можете решить две задачи:  

1. Предоставить  информацию внешним потребителям - сведения о вашей фирме, каталоги  продуктов и услуг, техническую  или научную информацию.  

2. Предоставить  своим сотрудникам удобный доступ  к внутренним информационным  ресурсам организации. Это могут  быть последние распоряжения  руководства, внутренний телефонный  справочник, ответы на часто задаваемые  вопросы для пользователей прикладных  систем , техническая документация и все, что подскажет фантазия администратора и пользователей. Информация, которую вы хотите предоставить пользователям WWW, оформляется в виде файлов на языке HTML. HTML - простой язык разметки, который позволяет помечать фрагменты текста и задавать ссылки на другие документы, выделять заголовки нескольких уровней, разбивать текст на абзацы, центрировать их и т. п., превращая простой текст в отформатированный гипермедийный документ. Достаточно легко создать html-файл вручную, однако, имеются специализированные редакторы и преобразователи файлов из других форматов.  

Основные компоненты технологии World Wide Web  

К 1989 году гипертекст представлял новую, многообещающую технологию, которая имела относительно большое число реализаций с одной стороны, а с другой стороны делались попытки построить формальные модели гипертекстовых систем, которые носили скорее описательный характер и были навеяны успехом реляционного подхода описания данных. Идея Т. Бернерс-Ли заключалась в том, чтобы применить гипертекстовую модель к информационным ресурсам, распределенным в сети, и сделать это максимально простым способом. Он заложил три краеугольных камня системы из четырех существующих ныне, разработав:  

язык гипертекстовой разметки документов HTML (HyperText Markup Lan-guage);