Компьютерные сети

Компьютерная сеть — соединение компьютеров при помощи каналов связи для обмена информацией и совместного использования ресурсов.

Локальная сеть (ЛВС — Локальная Вычислительная Сеть, LAN — Local Area Network) — компьютерная сеть внутри здания или в пределах небольшой территории.

Глобальная сеть (ГВС — Глобальная Вычислительная Сеть, WAN — Wide Area Network) — компьютерная сеть, охватывающая большие географические пространства.

Топология сети — способ физического соединения компьютеров в сеть каналами связи.

Интернет — всемирная глобальная компьютерная сеть. Интернет появился в США в 1969 году (ARPANET). Сначала сеть содержала несколько компьютеров, затем к ней стали подсоединяться новые пользователи по всему миру.

Сервер — компьютер, подключённый к сети (или выполняющаяся на нём программа), обслуживающий запросы клиентов на информационное обслуживание.

Клиент — компьютер (или программа), имеющий доступ к услугам сервера.

Сервер Интернета — сервер, связанный с другими серверами Интернета. Сервер Интернета обслуживает своих клиентов (отдельные компьютеры или локальные сети) и выполняет транзитную передачу сообщений от других серверов к адресатам.

Провайдер сетевых услуг — организация, предоставляющая услуги сети через свой сервер.

Сервер локальной сети — сервер, обслуживающий клиентов в локальной сети.

Рабочая станция — рядовой компьютер локальной сети.

Сетевой протокол — правила, по которым компьютеры в сети обмениваются информацией.

Надёжность Интернета обеспечивается равноправием всех его узлов (отсутствие единого центра управления) и разветвлёнными связями.

Сетевой адаптер — электронное устройство (как правило, компьютерная плата) — преобразователь информации, поступающей от компьютера, в форму, пригодную для передачи по каналу связи и обратно.

Модем — сетевой адаптер для работы по телефонному каналу связи.

Классификация компьютерных сетей

• Территориальная распространённость (локальные, глобальные сети).
• Принадлежность (семейные сети, домовые сети, сети организаций, предприятий, ведомств, региональные сети, государственные сети, международные сети).
• Скорость передачи информации (низкоскоростные — до 10 Мбит/с, среднескоростные — до 100 Мбит/с, высокоскоростные — свыше 100 Мбит/с).
• Канал передачи информации (проводные: коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно, телефонная линия, бытовая электросеть; беспроводные: передача в диапазоне радиоволн или инфракрасном диапазоне).
• Топология (общая шина, звезда, дерево, кольцо, ячеистая сеть).

Локальные компьютерные сети

Локальная сеть — соединение компьютеров внутри здания или в пределах небольшой территории в одну группу для совместного использования информации, устройств и услуг.

Небольшая территория позволяет прокладывать дорогие кабельные каналы связи, обладающие высокой скоростью передачи информации: кабели “витая пара” (скорости передачи по разным стандартам: Ethernet — 10 Мбит/с, Fast Ethernet — 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet —1000 Мбит/с), оптоволоконные кабели (скорость передачи в стандарте 10G Ethernet достигает значения в 10 Гбит/с).

Сообщение для передачи в сеть делят на небольшие порции (пакеты) во избежании монополизации канала связи одним узлом.

Хаб, коммутатор, маршрутизатор — устройства для соединения каналов связи в сети.

Хаб — устройство без программного обеспечения; передаёт пакет, полученный с одного порта на все остальные.

Коммутатор — устройство c программным обеспечением; передаёт пакет только в порт, на котором находится получатель.

Маршрутизатор — устройство c программным обеспечением; определяет оптимальный маршрут и передаёт пакет в соседний узел по этому маршруту.

Хабы и коммутаторы могут работать только в сетях без циклов (в сетях с топологиями: общая шина, звезда, дерево).

Маршрутизатор может работать в сетях с циклами (в сетях с ячеистой топологией, в частности, в сети, построенной как кольцо).

Ethernet-cеть с разделяемой средой — сеть, в которой пакет, переданный одной станцией, передаётся всем остальным станциям, но только станция назначения принимает его полностью (определяя “свой” пакет по адресу получателя, записанному в служебной части пакета).

Ethernet-сети с разделяемой средой строятся по топологиям общая шина, звезда или дерево.

Иерархическая Ethernet-сеть является сетью с разделяемой средой, если для соединения каналов использованы только хабы.

Коммутатор своими портами делит Ethernet-сеть на несколько подсетей с разделяемыми средами (при условии, что в этих подсетях используются только хабы).

Сеть с коммутацией пакетов — сеть, в которой пакеты следуют от станции отправления к станции назначения по оптимальному маршруту. Этот маршрут заново вычисляется в каждой узловой точке сети маршрутизаторами.

Коммутация пакетов характерна для сетей с ячеистой топологией.

В кольцевых сетях Token Ring и FDDI тоже используется разделяемая среда, но алгоритм работы её отличается от алгоритма работы разделяемой среды в Ethernеt-сети.

В сетях Token Ring по кольцу передаётся специальное сообщение-маркер (другое название: токен) — признак свободной среды. Узел может начать передачу лишь тогда, когда получает маркер. Теперь вместо маркера по кольцу следует пакет с данными. Получатель пакета выполняет обратную операцию: заменяет пакет маркером — сеть снова свободна.

Глобальные компьютерные сети

Примеры глобальных сетей — международные сети Интернет и Фидонет.

Интернет

В Интернете нет единого центра управления.

Сеть имеет ячеистую топологию (узлы связывают более одного маршрута).

Сообщения в Интернете передаются маленькими порциями (пакетами). За передачу пакета отвечает маршрутизатор (отдельное устройство или программное устройство в составе универсального компьютера). Маршрутизатор определяет оптимальный маршрут и передаёт пакет соседнему узлу по пути следования.

Сетевым протоколом называется согласованный и утверждённый стандарт, содержащий описание форматов данных и правил приёма и передачи.

Как работает Интернет

Два основных принципа передачи информации в сети Интернет:

• Пакетная передача. На исходном сервере сообщение разделяется на части-пакеты. Каждый пакет снабжается служебным заголовком (содержит адрес отправителя, адрес получателя, номер пакета, контрольную сумму и другую служебную информацию). На конечном сервере из полученных пакетов сообщение восстанавливается.
  
  
• Коммутация пакетов. Пакеты передаются в сеть ближайшему серверу по пути следования. Информация, содержащаяся в заголовке пакета, сама управляет прохождением пакета к пункту назначения.

Два варианта адресации в Интернете:

• IP-адресация. IP-адрес — это номер компьютера в сети Интернет. Для записи IP-адреса используется 32 бита. Для более комфортной работы с IP-адресами принято записывать их четырьмя десятичными числами: каждое число равно значению одного байта, и отделяется от других точкой.

  
  
  

• Доменная адресация. Доменная адресация реализует иерархический способ упорядочивания адресов в сети. На каждом уровне иерархии есть центр, который следит за уникальностью доменных адресов, но только на своём уровне, предоставляя следующему уровню полную свободу.
  
  Доменные адреса записывают в символьном виде, справа налево, домены отделяются друг от друга точками.
  
  Пример построения доменного адреса:

  компьютер.подразделение.организация.cтрана

Специальные серверы — они называются DNS-серверы (Domain Name System, доменная система имён) — хранят доменные имена и соответствующих им IP-адреса в виде таблицы:

Обычный сервер обращается к DNS-серверу, указывая ему доменное имя. В ответ DNS-сервер сообщает IP-адрес, и обычный сервер использует его при отправке в сеть информационного пакета.

Сетевым протоколом называется согласованный и утверждённый стандарт, содержащий описание форматов данных и правил приёма и передачи. Протоколы служат для синхронизации работы сети.

Два основных (базовых) протокола для передачи информации в сети Интернет:

• TCP. Протокол TCP в стартовой точке разбивает информацию на порции и нумерует их. В конечном пункте протокол TCP собирает из частей исходное сообщение.
  
  
• IP. Протокол IP получает от TCP порции информации, образует из них IP-пакеты, добавляет служебные заголовки, и отправляет пакеты в сеть. Протокол IP принимает пакеты из сети. На промежуточном сервере IP передаёт пакеты дальше по пути следования, а на конечном пункте пакеты передаются протоколу TCP для сборки исходной информации.

Прикладным протоколом называется протокол, надстроенный над базовым протоколом TCP/IP и реализующий ту или иную службу в сети (сервис Интернета).

Маршрутизация пакетов — обеспечение прохождения пакетов в сети от начального пункта к конечному.

Маршрутизация выполняется маршрутизаторами — специальными устройствами или программным обеспечением, расположенным на серверах Интернета.

Маршрутизаторы хранят таблицы соединений серверов, постоянно их обновляя. Маршрутизатор определяет соседний сетевой узел, в который надо передать пакет для следования в пункт назначения.

Популярные службы Интернета:

• E-mail — электронная почта
• WWW — всемирная паутина
• FTP — передача файлов
• Instant Messaging — мгновенная почта, ICQ
• IRC — телеконференции в реальном времени (чаты)
• News — телеконференции
• Telnet — удалённый терминал
• IP-Phone — Интернет-телефония
• Видеоконференции