Структура учебного курса «Телекоммуникации» (модуль 2)

МОДУЛЬ 2. Телекоммуникации

К середине 20-го века электрические средства коммуникации, развивавшиеся уже более столетия, были широко распространены как в Европе, так и в США. В начале 19-го века во Франции была создана первая оптическая телеграфная сеть, которая передавала информацию 20 символов в секунду (фантастика для того времени!). Сэмюель Морзе продемонстрировал электрический телеграф, который подтолкнул развитие коммуникационных сетей в США.

[Сэмюэл Морзе – американский художник и изобретатель. В 1837г. изобрел электромагнитный телеграфный аппарат, а в 1838г. разработал телеграфный код азбуку Морзе].

В конце 19 века началось создание огромной телефонной сети. В телефонных сетях используется технология коммутации каналов: когда между двумя абонентами сетиустанавливаетсятолькоодинфизический путь навсё время сеансасвязи, посредством замыкания электрической цепи между двумя телефонами. Если связь разрывается и устанавливается затем вновь, то она может установиться уже по другой цепи. При передаче голоса такие сети работают удовлетворительно, так как звук переносится по проводу практически с постоянной скоростью передачи информации. При передаче компьютерных данных эта технология работает менее удовлетворительно, вследствие того, что компьютеры передают информацию «взрывообразно», когда интервалы максимальной интенсивности чередуются с интервалами низкой или нулевой интенсивности.

В 1960-х годах была создана технология коммутации пакетов. По данной технологии соединениене устанавливается на всё время сеанса. Пакеты данных могут передаватьсяразличнымипутями. Пооднойитойже линии могут проходитьсигналыразличныхсоединений.

[Пакет– логически сгруппированная порция информации].

Общие принципы построения вычислительных сетей

Вычислительные сети – распределенные системы

Слово сеть имеет много значений: система линий, путей или каналов, система связи (телесеть), система независимых персональных компьютеров (ПК), связанных друг с другом, с целью совместного использования данных и периферийных устройств, (например, жестких дисков и принтеров). Ключевоеслово в последнем определении – это «совместное использование».

Самая простая сеть (network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных между собой кабелем. Все сети (независимо от сложности) основаны именно на этом простом принципе.

Рождение компьютерных сетей вызвано практической потребностью в совместном использовании данных. Когда не было сетей, приходилось распечатывать каждый документ или копировать информацию на дискету, чтобы другие пользователи могли работать с информацией. При редактировании копий документа несколькими пользователями было очень трудно собрать все изменения в одном документе. Подобная схема работы называется работой в автономной среде. Копирование файлов на другой компьютер с помощью дискет раньше называли «переносной» сетью. Группа соединённых компьютеров и других устройств (например, принтеры) называетсясетью, а концепция соединённых и совместно использующих ресурсы компьютеров –сетевым взаимодействием.

Телекоммуникационнаявычислительнаясеть(ТВС) – это сеть обмена и распределенной обработки информации, образуемая множеством взаимосвязанных абонентских систем и средствами связи; средства передачи и обработки информации ориентированы в ней на коллективное использование общесетевых ресурсов – аппаратных, информационных, программных.

Абонентскаясистема (АС) – это совокупность ЭВМ, программного, периферийного оборудования, средств связи с коммуникационной подсетью вычислительной сети, выполняющих прикладные программы.

Коммуникационнаяподсеть (телекоммуникационная система – ТКС), представляет собой совокупность физической среды передачи информации, аппаратных и программных средств, обеспечивающих взаимодействие АС.

Эффективностьтруда и снижение затрат при работе в сети достигается за счёт:

• совместного использования информации (данных);

• совместного использования оборудования и программного обеспечения;

• централизованного администрирования и обслуживания.

Компьютеры, входящие в сеть, могут совместно работать с документами, сообщениями электронной почты, текстовыми процессорами, программами по управлению проектами, иллюстрациями и фотографиями, видео- и аудио- файлами, принтерами, факсимильными аппаратами, модемами, приводами CD-ROMи другими съёмными носителями (например, дисководамиZIPиJAZZ), жесткими дисками и многими другими устройствами. Возможности сетей постоянно расширяются, поскольку появляются новые способы обмена данными с помощью компьютеров. Компьютерные сети относятся краспределенным(или децентрализованным) вычислительным системам, являясь, частным случаем распределенных систем.

Основным признакомраспределенной вычислительной системы являетсяналичиенесколькихцентровобработки данных. Наряду с компьютерными сетями к распределенным системам относятся также мультипроцессорные компьютеры и многомашинные комплексы.

В мультипроцессорныхкомпьютерах имеетсянесколько процессоров, каждый, из которых относительно независимо от остальных может выполнять свою программу. В мультипроцессоре существуетобщаядля всех процессоров операционная система (ОС), которая оперативно распределяет вычислительную нагрузку между процессорами. Взаимодействие процессоров осуществляется черезобщуюоперативную память. Все периферийные устройства также являютсяобщимидля всех процессоров мультипроцессорной системы. Все блоки мультипроцессора располагаются в одном или нескольких близко расположенных конструктивах, т.е. мультипроцессор не поддерживает территориальную распределенность.Основное достоинствомультипроцессора: а) его высокая производительность, которая достигается за счет параллельной работы нескольких процессоров, (взаимодействие процессоров быстрое за счет общей памяти); б) отказоустойчивость – способность к продолжению работы при отказах некоторых элементов, например процессоров или блоков памяти.

Многомашинныесистемы – есть вычислительный комплекс, включающий в себя несколько компьютеров (каждый из которых работает под управлениемсобственнойОС), а также программные и аппаратные средства связи компьютеров, которые обеспечивают работу всех компьютеров комплекса как единого целого. В состав средств связи входят программные модули, которые занимаются распределением вычислительной нагрузки, синхронизацией вычислений и реконфигурацией системы. При отказе одного из компьютеров комплекса происходит автоматическое переназначение и выполнение его задач другим компьютером.Высокая отказоустойчивость, параллельные вычисленияпозволяют достичь высокой производительности. В отличие от мультипроцессоров, где используются сильные программные и аппаратные связи, в многомашинных системах эти связи между обрабатывающими устройствами являются более слабыми.

В компьютерных сетях(КС) программные и аппаратные связи являются еще более слабыми, а автономность обрабатывающих блоков проявляется в наибольшей степени – основными элементами сети являются стандартные компьютеры, не имеющих ни общих блоков памяти, ни общих периферийных устройств. Связь между компьютерами осуществляется с помощью специальных периферийных устройств –сетевых адаптеров, соединенных относительно протяженными каналами связи. Каждый компьютер работает под управлениемсобственной операционной системы. [Сетевой адаптер− базовое сетевое устройство, преобразующее параллельные сигналы компьютера в последовательные, передаваемые в сетевой кабель. Связь между адаптерами и операционной системой выполняют драйверы − обычно прилагаются к сетевой плате].

Изначально основная цельсоздания сети – разделение локальных ресурсов каждого компьютера между всеми пользователями сети. На тех компьютерах, ресурсы которых должны быть доступны всем пользователям сети, необходимо добавить модули, которые постоянно будут находиться в режиме ожидания запросов, поступающих из сети от других компьютеров. Обычно такие модули называютсяпрограммнымисерверами, так как их главная задача – обслуживать (server) запросы на доступ к ресурсам своего компьютера. На компьютерах, пользователи которых хотят получать доступ к ресурсам других компьютеров, также нужно добавить к операционной системе специальные программные модули, которые должны вырабатывать запросы на доступ к удаленным ресурсам и передавать их по сети на нужный компьютер. Такие модули называютсяклиентами. Пара модулей «клиент-сервер» обеспечивают совместный доступ пользователей к определенному типу ресурсов, например, к файлам, т.е. пользователь имеет дело с файловой службой (service). Обычно сетевая операционная система поддерживает несколько видов сетевых служб – файловую, печати, электронной почты, удаленного доступа и т.п. [В технической литературе термин «service» обычно переводится как «служба», «сервис» или «услуга»].

Адаптеры и каналы связи передают сообщения с запросами и ответами от одного компьютера к другому, а основную работу по организации совместного использования ресурсов выполняют клиентские и серверные части операционных систем. [Термины «клиент» и «сервер» используются не только для обозначения программных модулей, но икомпьютеров, подключенных к сети. Если компьютер предоставляет свои ресурсы другим компьютерам сети, то он называется сервером, а если потребляет их – клиентом].

Сети на основе сервера стали промышленным стандартом. Пример сети на основе выделенного сервера (упрощенный вариант) приведен на рис.26.

Рис.26. Сеть на основе выделенного сервера

При росте размеров сети и объема сетевого трафика необходимо увеличивать количество серверов. Распределение задач между несколькими серверами гарантирует, что каждая задача будет выполняться наиболее эффективно.

Иногда компьютер (ПК) может играть роли и сервера, и клиента. Примером могут служить одноранговые сети. В этой сети все компьютеры равноправные (нет иерархии среди ПК и нет выделенного сервера). Каждый компьютер такой сети обычно функционирует и как клиент, и как сервер – т.е. нет ПК, ответственного за всю сеть. Пользователи сами решают, какие данные на своем компьютере сделать доступными в сети. Одноранговые сети чаще всего объединяют не более 10 компьютеров. Отсюда другое названиерабочая группа (workgroup), т.е. небольшой коллектив пользователей. Пример одноранговой сети приведен на рис.27.

Сетевые службы всегда представляют собой распределенные программы. Распределенная программа – это программа, которая состоит из нескольких взаимодействующих частей (на рис.28 обозначены две части), причем каждая часть выполняется на отдельном компьютере сети.

В сети помимо распределенных системных программ могут выполняться и распределенныепользовательскиепрограммы– приложения, которые также состоят из нескольких частей, каждая из которых выполняет какую-то определенную законченную работу по решению прикладной задачи. Например, одна часть приложения может поддерживать специализированный графический интерфейс, вторая – работать на мощном выделенном компьютере и заниматься статистической обработкой введенных данных, а третья – заносить полученные результаты в базу данных на компьютере с установленной стандартной системой управления базами данных (СУБД). Распределенные приложения используют возможности распределенной обработки, предоставляемые вычислительной сетью, поэтому часто называютсясетевыми приложениями.

Не всякое приложение, выполняемое в сети, является сетевым. Существует много популярных приложений, которые не являются распределенными и выполняются на одном компьютере сети. Однако и такие приложения могут использовать преимущества сети за счет встроенных в ОС систему сетевых служб. [Например, при работе с СУБД dBaseфайлы базы данных располагались на файловом сервере, сама же СУБД хранилась на каждом клиентском компьютере в виде единого программного модуля].

Взаимодействие двух компьютеров (простейшая сеть) может быть реализовано с помощью тех же средств, которые используются при взаимодействии ПК с периферийным оборудованием, например, черезпоследовательныйинтерфейсRS-232С.

[Примерами интерфейсов, используемых в компьютерах, являются параллельныйинтерфейсCentronics, предназначенный, как правило, для подключения принтеров; последовательный интерфейсRS-232С, через который подключается модем и много др. устройств, универсальный интерфейсUSB].

Интерфейсреализуется со стороны персонального компьютера совокупностью аппаратных и программных средств –контроллеромпериферийного устройства и специальной программой, управляющей этим контроллером, которую называютдрайверомсоответствующего периферийного устройства.

Со стороны периферийного устройства интерфейс чаще всего реализуется аппаратным устройством управления, хотя встречаются и программно-управляемые. Программа, выполняемая процессором, может обмениваться данными с помощью команд ввода-вывода с любыми модулями, подключенными к внутренней шине ПК, в том числе и контроллером периферийного устройства (ПУ). Контроллеры ПУ принимают команды и данные от процессора в свой внутренний буфер, который часто называют регистром или портом, затем выполняют необходимые преобразования этих данных и команд в соответствии с форматами, принятыми ПУ и выдают их на внешний интерфейс. Распределение обязанностей между контроллером и драйвером ПУ может быть разным, но обычно контроллер выполняет набор простых команд по управлению ПУ, а драйвер использует эти команды, чтобы заставить устройство совершать более сложные действия по некоторому алгоритму. Например, контроллер принтера может поддерживать такие элементарные команды, как печать символа, перевод строки, возврат каретки и т.п., а драйвер принтера с помощью этих команд организует печать строк символов, разделение документа на страницы и др. более высокоуровневые операции. [Для одного и того же контроллера можно разработать различные драйверы, которые будут управлять данным ПУ по-разному].

Примеры.

1. Рассмотрим алгоритм передачи одного байта информации от прикладной программы на периферийное устройство. Программа, которой потребовалось выполнить обмен данными с ПУ, обращается к драйверу этого устройства, сообщая ему в качестве параметра адрес байта памяти, который нужно передать. Драйвер загружает значение этого байта в буфер контроллера ПУ, который начинает последовательно передавать биты в линию связи, представляя каждый бит соответствующим электрическим сигналом. Чтобы устройству управления ПУ стало понятным, что начинается передача байта, перед передачей первого бита информации контроллер ПУ формирует стартовый сигнал специфической формы, а после передачи последнего информационного бита – стоповый сигнал. Эти сигналы синхронизируют передачу байта.

2. Взаимодействие двух компьютеров. Предположим, что они связаны по кабелю связи через последовательные порты (COMпорты), которые реализуют интерфейсRS-232С (нуль-модемное соединение). Рассмотрим случай, когда пользователю, работающему с текстовым редактором на ПК А, нужно прочитать часть некоторого файла, расположенного на диске ПК В. Приложение А должно сформировать сообщение-запрос для приложения В. В запросе необходимо указать имя файла, тип операции (в данном случаечтение), смещение и размер области файла, содержащей нужные данные. Чтобы передать это сообщение компьютеру В, приложение А обращается к драйверуCOMпорта, сообщая ему адрес в оперативной памяти, по которому драйвер находит сообщение и затем передает его байт за байтом приложению В. Приложение В, приняв запрос, выполняет его, т.е. считывает требуемую область файла с диска с помощью средств локальной ОС в буферную область своей оперативной памяти, а далее с помощью драйвераCOM-порта передает считанные данные по каналу связи в ПК А, где они попадают к приложению А.

Таким образом, вычислительная сеть – это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. Изучение сети в целом предполагает знание принципов работы ее отдельных элементов:а) компьютеров, б) коммуникационного оборудования, в) операционных систем, г) сетевых приложений.

Физическая и логическая структуризация сети

В сетях с небольшим количеством компьютеров (10-30) чаще всего используется одна из типовых топологий: общая шина, кольцо, звезда. При построении большихсетей использование типовых структур порождаетограничения: а) на длину связи между узлами; б) на количество узлов в сети; в) на интенсивность трафика. Для снятия этих ограничений используются специальные методы структуризации сети и специальное структурообразующее (коммуникационное) оборудование –повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы.

Простейшим коммуникационным устройством является повторитель(repeator), который используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной вычислительной сети (ЛВС) с целью увеличения общей длины сети. В отличие от соединителякабеля, который также может быть использован при наращивании длины сети, повторитель улучшает качество передаваемого сигнала, восстанавливает его мощность и амплитуду. Повторитель передает сигнал, приходящий из одного сегмента сети, в другие ее сегменты.

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, часто называют концентраторомилихабом(hub). Эти названия (hub– основа центр деятельности) отражают тот факт, что в данном устройстве сосредотачиваются все связи между сегментами сети. Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетейEthernet,TokenRing,FDDI,FastEthernet,GigabitEthernet. В работе концентраторов любых технологий много общего – ониповторяютсигналы, пришедшие содногоиз своих портов, надругих своихпортах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Концентратор всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменения ее логическую топологию. [Портточкалогическогосоединения].

Физическаяструктуризация сетис помощью концентраторов не только позволяет увеличить расстояние между узлами сети, но и повысить ее надежность. Подфизическойтопологией понимается конфигурациясвязей, образованных отдельными частями кабеля, а подлогической– конфигурацияинформационных потоковмежду компьютерами сети. Во многих случаях физическая и логическая топологии сети совпадают.

Логическая структуризация сети. Путем физической структуризации сети не решается проблема перераспределения передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети. На рис.29 отображена физическая структуризация сети с помощью концентраторов.

Пусть компьютер А, находящийся в одной подсети с компьютеромВ, посылает ему данные. Несмотря на разветвленную физическую структуру сети, концентраторы распространяют любой кадр повсемее сегментам. Поэтому кадр, посылаемый компьютеромАкомпьютеруВ, хотя и не нужен компьютерам отделов 2 и 3, в соответствии с логикой работы концентраторов поступает на эти сегменты тоже. Пока компьютерВне получит адресованный ему кадр, ни один из компьютеров этой сети не сможет передавать данные.

В рассмотренном примере желательно сделать так, чтобы кадры, которые передают компьютеры отдела 1, выходили бы за пределы этой части сети только в том случае, если эти кадры направлены какому-либо компьютеру из других отделов. При этом существенно повысится производительность сети, так как компьютеры одного отдела не будут простаивать в то время, когда обмениваются данными компьютеры других отделов.

Распространение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети, только в пределах этого сегмента, называется локализациейтрафика.Логическая структуризация сети – это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком. Для логической структуризации сети используются такие коммуникационные устройства как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы. Например, при установке моста вместо концентратораС, пакеты данных из отделов 1, 2 будут передаваться в отдел 3, 4 только в том случае, когда кадры адресованы отделам 3, 4 в противном случае передача с «левого берега» на «правый» мостом осуществляться не будет.

Мост(bridge) делит сеть на части (логические сегменты), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Таким образом, мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети. Мосты используют для локализации трафикааппаратныеадреса компьютеров. Мост запоминает, через какой порт на него поступил кадр данных от каждого компьютера сети, и в дальнейшем передает кадры, предназначенные для этого компьютера, на соответствующий порт. Точной топологии связей между логическими сегментами мост не знает. Поэтому в сети, где применяют мосты не должно быть замкнутых контуров.

Коммутатор(switch) по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. Можно сказать, что коммутаторы – это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.

Ограничения, связанные с применением мостов и коммутаторов, например по топологии связи, привели к новому типу оборудования – маршрутизатор(router). Маршрутизаторы более надежно и эффективно, чем мосты изолируют трафик отдельных частей сети друг от друга. Они образуют логические сегменты посредством явной адресации, так как используютне аппаратные, а составные числовые адреса. В этих адресах имеется поле номера сети, так что все компьютеры, у которых значение этого поля одинаковое, принадлежат к одному сегменту, называемомуподсетью(subnet).

Кроме локализациитрафика маршрутизаторы осуществляютвыбор наиболее рационального маршрутапередачи данных, связывают в единую сеть подсети, построенные с использованием разных сетевых технологий, напримерEthernetиX.25.

Кроме перечисленных устройств отдельные части сети может соединять шлюз(gateway). Основной причиной, по которой в сети используют шлюз, является необходимость объединить сети сразнымитипами системного и прикладного программного обеспечения, а также он обеспечивает и локализацию трафика.

Крупные сети практически никогда не строятся без логической структуризации.

Адресация компьютеров.

Адресация компьютеров является одной из проблем при организации сети. Адрес должен уникально идентифицировать компьютер сети любого масштаба. Cхема назначения адресов должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятность дублирования адресов. Адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей. Адрес должен быть удобен для пользователя сети, т.е. должен иметь символьное представление, например,www.microsoft.com. Адрес должен иметь по возможности компактное представление, чтобы не перегружать память коммуникационной аппаратуры − сетевых адаптеров, маршрутизаторов и т.п.

Все требования сложно реализовать в рамках одного способа адресации, поэтому на практике обычно используют несколько способов. Наиболее распространены:

1. аппаратные адреса(hardware) ─ эти адреса предназначены для сети небольшого или среднего размера, поэтому они не имеют иерархической структуры. Типичным представителем адреса такого типа являетсяадрес сетевого адаптера локальной сети. Такой адрес обычно используется только аппаратурой, поэтому его стараются сделать по возможности компактным и записывают в двоичном или 16-ричном коде , например, 0081005е24а8. При задании этих адресов обычно не требуется выполнение ручной работы, т.к. они либо встраиваются в аппаратуру компанией-изготовителем, либо генерируются автоматически при каждом новом запуске оборудования, при этом уникальность адреса в пределах сети обеспечивает оборудование.Недостаткиэтого способа: а) нет иерархии; б) при замене аппаратуры, например, сетевого адаптера изменяется и адрес компьютера; 3) при установке нескольких сетевых адаптеров у компьютера появляется несколько адресов, что создаёт неудобства для пользователей.

2. символьные адресаили имена предназначены для запоминания людьми. Их легко использовать как в небольших, так и в крупных сетях. Для работы в больших сетях символьное имя может иметь сложную иерархическую структуру, например,ftp-arch1.ucl.ac.uk- адрес архива файлов (ftp-arch1) в сети Лондонского университета (ucl), которая относится к академической ветви (ac) Великобритании (uk). В пределах университета используется только младшая составляющая полного имени (ftp-arch1).

3. числовой составной адрес(IPадрес) поддерживается двумя уровнями иерархии: старшая часть –номер сети, младшая –номер узла. В последнее время адрес имеет три и более составляющих.

В современных сетях для адресации узлов применяют, как правило, одновременно все три метода адресации. Пользователиадресуюткомпьютерысимвольнымиименами, которые автоматическизаменяютсяв сообщениях передаваемых по сети начисловыеимена. С помощью этих числовых номеров сообщенияпередаются из одной сети в другую, а после доставки сообщения в сеть назначения вместо числового используетсяаппаратныйадрес компьютера.

Разрешение имен

Для идентификации компьютеров в сети часто используют не номера, а имена. Однако компьютеры могут работать только счислами, следовательно, необходимы службы, преобразующие имена вIP-адреса. В процессах сетевой коммуникации используются различные типы имен. ВInternetимена хостов (компьютеров) организованы в иерархическую структуру внутри доменов (домен– часть сети). В сетяхMicrosoftкаждому компьютеру присваивается также имяNetBIOS. Это 16-символьное имя, присвоенное администратором, используется для идентификации ресурсов локальной сети. Чтобы коммуникация в протоколеTCP/IPстала возможной, имена обоих этих типов должны быть преобразованы вIP-адреса.

Символьное имя

Символьное имя включает в себя несколько доменных имен, разделенных точками. Крайний правый домен верхнего уровня, далее справа налево, следуют имена второго уровня и так далее. Например, в записиmagnitka.fio.ruдоменом верхнего уровня является доменru, второгоfio, третьегоmagnitka. Так доменами верхнего(первого) уровня государственной принадлежности являются, например:

• uk  Великобритания;

• auАвстралия

• caКанада;

• ruРоссия;

• uaУкраина;

а также домены преимущественно американских организаций, что обусловлено историей сети Интернет:

• comпервоначально предназначался для коммерческих организаций;

• netпервоначально предназначался для сетей провайдера услугInternet;

• orgпервоначально предназначался для бесприбыльных организаций;

• eduдля учебных организаций;

• milдля военных организаций;

• int для международных организаций.

В последнее время появились внегосударственные домены (int,aero,biz,info,museum,nameи другие). Например, в США создается детская доменная зона (kids.us), контроль за содержанием материалов которой, будет осуществляться правительством США.

В мире зарегистрировано около 50млн. доменов. Для упорядочивания структуры доменных имен в России существует сеть доменных имен второгоуровня отраслевого и более 100 географического типа, в рамках которых предоставляются доменытретьегоуровня. К отраслевым доменам относятся:

• ac.ru− для научно-исследовательских организаций: высших учебных заведений, учреждений культуры, ведущих научные исследования;

• com.ru− для коммерческих организаций;

• edu.ru − для учебных заведений, имеющих лицензию на образовательную деятельность;

• int.ru − для международных организаций;

• net.ru− для организаций, связанных с развитием сети;

• org.ru− для некоммерческих организаций;

• pp.ru− для физических лиц и т.д.

Все организации и отдельные лица регистрируют имена доменов второго уровня внутри доменов верхнего уровня, например, ibm.com,fio.ruи т.п. Внутри домена второго уровня индивидуальные компьютеры идентифицируются именем хоста, именем домена второго уровня и именем домена верхнего уровня. В полном имени эти имена отделяются друг от друга точками, например,www.fio.ru(сервер с именемwwwв доменеfio.ruидентифицируется какwww.fio.ru). Такое иерархическое имя с точками называется полностью определенным именем домена (FullyQualifiedDomainNameFQDN).

Система доменных имен (Domain Name System  DNS) поддерживает 37 ASCII символов: буквы английского алфавита A-Z, цифры 0-9 и дефис "-". Причины таких ограничений своими корнями уходят в 70-е годы, когда происходили основные процессы, наложившие отпечаток на дальнейшее развитие информационных технологий, в том числе развитие и становление Интернета. С развитием инфраструктуры сети после появления протокола передачи гипертекста (HTTP  Hypertext Transfer Protocol) очередным шагом в глобализации сети Интернет стало использование символов национальных алфавитов на веб-страницах. Для большинства пользователей сети английский язык не только не является родным, но, более того, представляет серьезное неудобство при использовании интернет-ресурсов. В первую очередь это относится к странам азиатского и тихоокеанского регионов, где проживает около двух третей всего населения планеты. Именно иероглифическая система письма, принципиально отличающаяся от европейских языков, и серьезные трудности с использованием английского алфавита населением этих стран впервые поставили вопрос о необходимости доработки системы доменных имен.

В последнее время предпринимаются попытки внедрения системы с использованием символов национальных алфавитов. При этом существует ряд затруднений по использованию смешанного набора доменного имени, так как для ввода имен доменов на национальном языке необходимо будет загружать программу, которая будет производить необходимые преобразования для браузера. Использование национальных символов в электронных адресах пока невозможно.

В 1999 году в составе специальной комиссии  IETF (Internet Engineering Task Force), отвечающей за разработку стандартов Интернет была создана рабочая группа IDN(Internationalized Domain Name), которая должна была подготовить требования и стандарт использования доменных имен, включающих в себя символы национальных алфавитов. В марте 2003 года были опубликованы стандарты для многоязычных доменных имен, которые подробно и однозначно описывают фундаментальные принципы системы многоязычных доменных имен. Важным аспектом принятых стандартов является их полная универсальность и независимость, ни один из них не регламентирует собственно процесс регистрации. Все организационные мероприятия находятся в введении администратора того или иного домена.

Преобразования имен в числа

Для преобразования имен в числа можно воспользоваться следующими средствами:

• файлы HOSTS иLMHOSTS;

• службы DNS илиDDNS;

• серверы WINS.

Изначально при появлении Internetдля сопоставления имен хостов сIP-адресами с целью коммуникации в протоколеTCP/IPиспользовался файлHOSTS. Этот текстовый файл, содержит список всех имен хостов и соответствующихIP-адресов. ФайлыHOSTSлегко создавать, модифицировать, работая в любом текстовом редакторе, например,WindowsNotepad. Однако, при добавлении в сеть новых хостов файлHOSTSнужно было вручную модифицировать и копировать на все компьютеры сети. По мере ростаInternetэта задача усложнялась.

Файл LMHOSTSвыполняет аналогичные функции, однако, он отображаетIP-адреса не на имена компьютеров, а на именаNetBIOS.ФайлLMHOSTSимеет те же недостатки, что иHOSTS: его нужно обновлять вручную.

С ростом сети Internetпотребность в более совершенном способе отображения имен наIP-адреса становилась все более острой, были созданы новые службы.

Службы DNS и DDNS

Служба имен доменов (DomainNameSystemDNS) разработана с целью устранения недостатков файлаHOSTS. На серверахDNSхранятся базы данных, в которыхIP-адреса отображаются на имена хостов, а свойстваTCP/IPклиентских компьютеров конфигурируются с адресом сервераDNS. В системеInternetсуществует иерархия серверовDNS. Если на сервереDNSнет запрошенного клиентским компьютеромIP-адреса или имени хоста, он передает запрос на другой серверDNS, пока запрошенная информация не будет найдена. Адрес сервераDNSможно ввести вручную или получить от сервераDHCP(если компьютер сконфигурирован как клиентDHCP). [ПротоколDHCPDynamicHostConfigurationProtocolпредназначен для автоматического присвоения хостамIP-адресов].

По сравнению с локальными файлами HOSTSслужбаDNSобладает существенными преимуществами. База данных хранится на центральном сервере, поэтому обновлять ее нужно только в одном месте, а не на всех клиентских компьютерах. Однако база данных на сервере по-прежнему должна обновляться вручную. Эта проблема решается с помощью динамических серверовDNS(DDNS), в которых базы данныхDNSобновляются автоматически.

СерверыWINS

Еще один метод отображения имен хостов на IP-адреса состоит в применении серверовWINS. В базе данных на сервереWINSхранятся именаNetBIOS, используемые для идентификации компьютеров и служб в сетяхMicrosoft. СерверыWindowsNT,Windows2000 могут работать как серверыWINS.

В отличие от FQDN(имен хостов вDNS), именаNetBIOSне иерархические, а однородные. Если некоторый сервер имеет имяFQDN, например,exeter.tacteam.net, то его имяNetBIOSможно записать простоExeter. ПротоколTCPне воспринимает именаNetBIOS, для коммуникации ему нужныIP-адреса. Как и файлHOSTS, серверWINSпреобразует имя вIP-адрес.

В сервере WINSприменяется автоматическое обновление базы данных. Когда клиентWINSподключается к сети, он объявляет об этом серверуWINSи передает ему свое имя иIP-адрес. На основе этой информации серверWINSподдерживает свою базу данных.

В одной той же сети службы DHCP,DNSиWINSмогут работать совместно и одновременно. В новых операционных системах, например,Windows2000 эти три службы объединены и эффективно взаимодействуют. Краткая информация о методах разрешения имен представлена в табл. 15.

Методы разрешения имен

Метод разрешения имен	Типы отображаемых имен	Характеристики
Файл HOSTS	Имена хостов на IP-адреса	Текстовый файл, нуждается в ручном обновлении на каждом компьютере
Файл LMHOSTS	Имена NetBIOSнаIP-адреса-	Текстовый файл, нуждается в ручном обновлении на каждом компьютере
DNS	Имена хостов на IP-адреса	Централизованная база данных, управляемая сервером DNS, нуждается в ручном обновлении
DDNS	Имена хостов на IP-адреса	Централизованная база данных, управляемая сервером DNS, обновляется динамически
WINS	Имена NetBIOSнаIP-адреса	Централизованная база данных, управляемая сервером WINS, обновляется динамически

Таблица 15

Передача данных

Данные при передаче по сети разбиваются на небольшие управляемые блоки (кадры,пакеты) с целью избежания следующих проблем:

а) при пересылке больших блоков данных, посылаемых одним компьютером, кабель становится заполненным, что «связывает» работу всей сети;

б) при возникновении ошибок при передаче – приходится опять передавать весь большой блок.

При разбиении данных на пакеты сетевая операционная система добавляет к каждому пакету специальную управляющую информацию. Она обеспечивает передачу небольшими блоками, сбор данных в определенном порядке (при получении) и проверку данных на наличие ошибок (после сборки).

Компонентыпакета: а)заголовоксодержит служебную информацию, например, адрес источника и получателя; б)данные; с) трейлер (концевик) содержит информацию для проверки ошибок при передаче (приведены на рис.30).

При передаче данных:

1. компьютер-отправитель разбивает данные на пакеты;

2. платы сетевого адаптера всех компьютеров сети проверяют адрес получателя каждого пакета, передаваемого по сегменту сети. Так как плата сетевого адаптера имеет уникальный аппаратный адрес (MAC адрес), то она прерывает работу компьютера лишь тогда, когда обнаружит пакет, адресованный этому компьютеру;

3. на компьютере-получателе пакеты из кабеля поступают на плату сетевого адаптера;

4. сетевое программное обеспечение обрабатывает пакет, который сохранен в приемном бункере платы сетевого адаптера. При этом вычислительная мощность, необходимая для приема и проверки адреса каждого принимаемого пакета встроена в плату сетевого адаптера, т.е. не используются ресурсы компьютера;

5. сетевая операционная система получателя собирает из пакетов файл, помещает его в память компьютера, откуда он передается, например, на принтер (если была посылка на печать).

Данные передаются по линиям (каналам) связи. Линии связи в общем случае состоят из физическойсреды, посредством которой происходит передача информационных сигналов,аппаратурыпередачиданныхипромежуточнойаппаратуры.

Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель (набор проводов, изоляционных, защитных оболочек и соединительных разъемов), а также земную атмосферу или космическое пространство (используетсябеспроводное соединениеаппаратуры сети). При беспроводном соединении передача данных может осуществляться посредствомрадиосигналов,лазерноголуча,инфракрасныхустройств,спутниковойсвязи. При использовании кабельных линий связи применяют следующие разновидности кабеля: а) витая пара, б) коаксиальный, в)волоконно-оптический.

Витая пара –скрученная пара проводов. Существует экранированная и неэкранированная. Экранированная – пара медных проводов обертывается в изоляционный экран. Неэкранированный кабель не имеет изоляционной обертки.Скручиваниепроводовснижаетвлияние внешних помех. В настоящее время широко используется во всех сетяхEthernet, что обусловлено дешевизной, гибкостью и легкостью установки.

Коаксиальный кабель состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Существует большое количество типов коаксиальных кабелей, используемых в сетях различного типа (телефонных, телевизионных и компьютерных). По кабелям (витая пара и коаксиал) распространяютсяэлектрическиесигналы.

Волоконно-оптическийкабель состоит из тонких стеклянных или пластмассовых волокон (5-60 микрон), по которым передаются сигналы в видесветовыхимпульсов. Кабель обладает высокой пропускной способностью (100 Мбит/с, 1Гбит/с и выше). Можно передавать сигналы на большое расстояние (до 2 км и более), нечувствителен к электромагнитным помехам, безопасность данных при передаче высокая (незаметно подключиться к оптической линии почти невозможно). Однако, это дорогие линии связи, установку которых должны выполнять квалифицированные специалисты.

Передача дискретных данных на физическом уровне

При передаче дискретных данных по линиям связи применяют два основных метода: аналоговая модуляция(кодирование выполняется за счет изменения параметров аналогового сигнала) ицифровое кодирование. В настоящее время, данные аналогового типа (например, речь, телевизионное изображение) передаются по каналам связи вдискретномвиде, т.е. в виде последовательности единиц и нулей. [Понятия «модуляция» и «кодирование» часто используют как синонимы]. Аналоговый сигнал представляет собойнепрерывноизменяющуюсяфизическую величину, например, электрическое напряжение или интенсивность электромагнитного поля (рис.31). Примером аналоговой информации могут служить показания спидометра в автомобиле. При увеличении скорости автомобиля, стрелка спидометра плавно проходит по шкале от одного числа к другому. При использовании аналоговой модуляции информация кодируется посредством изменения амплитуды, частоты и фазы синусоидального сигнала (амплитуднаямодуляция,частотнаямодуляция ифазовая). [Амплитуда− максимальное или минимальное значение сигнала, т.е. высота волны.Частота− количество циклических изменений сигнала в секунду. Частота измеряется в Герцах (1Гц − это один цикл в секунду.Фаза. Положение волны относительно другой волны или относительно некоторого момента времени, служащего началом отсчета. Фазу принято измерять в градусах].

Цифровые (дискретные) сигналы изменяются от одного дискретного состояния к другому практически мгновенно, не останавливаясь в промежуточных состояниях (рис. 32). Примером цифровой информации является новейший радиоприемник, в котором для настройки на определенную станцию пользователь вводит точное число, равное частоте радиостанции.

Компьютеры являются цифровыми машинами. Цифровые сигналы удобны для представления и передачи компьютерных данных, поэтому они используются в большинстве сетей.