Информатика_ Конспекты лекций

Шина (bus), при которой все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи, и информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам. Согласно этой топологии создается одноранговая сеть. При таком соединении компьютеры могут передавать информацию только по очереди, так как линия связи единственная.

Достоинства:

•простота добавления новых узлов в сеть (это возможно даже во время работы сети);

•сеть продолжает функционировать, даже если отдельные компьютеры вышли из строя;

•недорогое сетевое оборудование за счет широкого распространения такой топологии.

Недостатки:

•сложность сетевого оборудования;

•сложность диагностики неисправности сетевого оборудования из-за того, что все адаптеры включены параллельно;

•обрыв кабеля влечет за собой выход из строя всей сети;

•ограничение на максимальную длину линий связи из-за того, что сигналы при передаче ослабляются и никак не восстанавливаются.

Звезда (star), при которой к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою отдельную линию связи. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который ложится очень большая нагрузка, поэтому он предназначен только для обслуживания сети.

Достоинства:

•выход из строя периферийного компьютера никак не отражается на функционировании оставшейся части сети;

•простота используемого сетевого оборудования;

•все точки подключения собраны в одном месте, что позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности сети

181

путем отключения от центра тех или иных периферийных устройств;

•не происходит затухания сигналов. Недостатки:

•выход из строя центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной;

•жесткое ограничение количества периферийных компьютеров;

•значительный расход кабеля.

Кольцо (ring), при котором каждый компьютер передает информацию всегда только одному компьютеру, следующему в цепочке, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера, и эта цепочка замкнута. Особенностью кольца является то, что каждый компьютер восстанавливает приходящий к нему сигнал, поэтому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами.

Достоинства:

•легко подключить новые узлы, хотя для этого нужно приостановить работу сети;

•большое количество узлов, которое можно подключить к сети

(более 1000);

•высокая устойчивость к перегрузкам.

Недостатки:

•выход из строя хотя бы одного компьютера нарушает работу сети;

•обрыв кабеля хотя бы в одном месте нарушает работу сети.

Вотдельных случаях при конструировании сети используют комбинированную топологию. Например, дерево (tree) - комбинация нескольких звезд.

Каждый компьютер, который функционирует в локальной сети, должен иметь сетевой адаптер (сетевую карту). Функцией сетевого адаптера является передача и прием сигналов, распространяемых по кабелям связи. Кроме того, компьютер должен быть оснащен сетевой операционной системой.

При конструировании сетей используют следующие виды кабелей:

- неэкранированная витая пара. Максимальное расстояние, на котором могут быть расположены компьютеры, соединенные этим кабелем, достигает 90 м. Скорость передачи

182

информации - от 10 до 155 Мбит/с; -экранированная витая пара. Максимальное расстояние, на котором

могут быть расположены компьютеры, соединенные этим кабелем, достигает 300 м. Скорость передачи информации - 16 Мбит/с;

-коаксиальный кабель. Отличается более высокой механической прочностью, помехозащищённостью и позволяет

передавать информацию на расстояние до 2000 м со скоростью 2-44 Мбит/с;

-волоконно-оптический кабель. Идеальная передающая среда, он не подвержен действию электромагнитных полей, позволяет передавать информацию на расстояние до

10 000 м со скоростью до 10 Гбит/с.

1.3.Понятие о глобальных сетях

Глобальная сеть – это объединения компьютеров, расположенных на удаленном расстоянии, для общего использования мировых информационных ресурсов. На сегодняшний день их насчитывается в мире более 200. Из них наиболее известной и самой популярной является сеть Интернет.

В отличие от локальных сетей в глобальных сетях нет какого-либо единого центра управления. Основу сети составляют десятки и сотни тысяч компьютеров, соединенных теми или иными каналами связи. Каждый компьютер имеет уникальный идентификатор, что позволяет "проложить к нему маршрут" для доставки информации. Обычно в глобальной сети объединяются компьютеры, работающие по разным правилам (имеющие различную архитектуру, системное программное обеспечение и т.д.). Поэтому для передачи информации из одного вида сетей в другой используются шлюзы.

Шлюзы (gateway) - это устройства (компьютеры), служащие для объединения сетей с совершенно различными протоколами обмена.

Протокол обмена - это набор правил (соглашение, стандарт), определяющий принципы обмена данными между различными компьютерами в сети.

Протоколы условно делятся на базовые (более низкого уровня), отвечающие за передачу информации любого типа, и прикладные (более высокого уровня), отвечающие за функционирование специализированных служб.

Главный компьютер сети, который предоставляет доступ к общей базе данных, обеспечивает совместное использование устройств ввода-вывода, и взаимодействия пользователей называется сервером.

Компьютер сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, называется клиентом (часто его еще называют рабочей станцией).

183

Для работы в глобальной сети пользователю необходимо иметь соответствующее аппаратное и программное обеспечение.

Программное обеспечение можно разделить на два класса: программы-серверы, которые размещаются на узле сети,

обслуживающем компьютер пользователя; программы-клиенты, размещенные на компьютере пользователя и

пользующиеся услугами сервера.

Глобальные сети предоставляют пользователям разнообразные услуги: электронная почта, удаленный доступ к любому компьютеру сети, поиск данных и программ и т.д.

1.4.Контрольные вопросы

Вчем заключается основная задача компьютерных коммуникаций? По какой схеме происходит передача информации?

Сколько сторон участвует в передаче информации?

Дайте определение компьютерной сети. Каково основное назначение компьютерной сети?

Какой объект является абонентом сети? Для чего нужна станция?

Какова основная характеристика каналов связи? Что такое локальная сеть?

Что такое глобальная сеть?

Что понимается под топологией локальной сети? Какие существуют виды топологии локальной сети?

Охарактеризуйте кратко топологию шина, звезда, кольцо. Зачем нужен шлюз в глобальной сети?

Что такое протокол обмена? Что такое клиент и сервер?

Решите задачу: Максимальная скорость передачи данных в локальной

сети 100 Мбит/с. Сколько страниц текста можно передать за 1 сек, если 1 страница текста содержит 50 строк и на каждой строке - 70 символов?

2.Сеть Интернет

2.1.Интересные факты

1971: Написана первая программа для электронной Почты; 1972: Придуман знак @;

1973: Первая международная связь по электронной почте между Англией и Норвегией;

1974: Открыта первая коммерческая версия ARPANET - сеть Telnet; 1976: Роберт Меткалф, сотрудник исследовательской лаборатории

компании Xerox, создает Ethernet - первую локальную компьютерную сеть;

184

1979: Придуманы "смайлики" - изображения перевернутой набок физиономии, для придания посланиям эмоциональной окраски, (например, так: :-).

1981—1990. Принят протокол TCP/ IP, Министерство обороны решает построить собственную сеть на основе ARPANet, происходит разделение на

ARPANet и MILNet, вводится система доменных имен Domain Name System (DNS), число хостов доходит до 100 000.

В1974 году Internet Network Working Group (INWG), созданная DARPA

ируководимая Винтоном Серфом разработала универсальный протокол передачи данных и объединения сетей Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - сердце Internet.

В1980 году INWG под руководством Винтона Серфа объявила TCP/IP стандартом и представила план объединения существующих сетей, сформулировав основные его принципы:

сети взаимодействуют между собой по протоколу TCP/IP; объединение сетей производится через специальные “шлюзы” (gateway); все подключаемые компьютеры используют единые методы адресации.

В1983 году DARPA обязала использовать на всех компьютерах ARPANET протокол TCP/IP, на базе которого Министерство обороны США разделило сеть на две части: отдельно для военных целей - MILNET, и научных исследований - сеть ARPANET.

Для объединения имеющихся 6 крупных компьютерных центров и поддержания глобального академического и исследовательского сообществ в 1985 году Национальный Научный Фонд США (NSF) начал разработку программы построения межрегиональной сети NSFNET. Для руководства проектом в 1986 году был приглашен Стив Вульф.

1991—2000. Новейшая история.

1991: Европейская физическая лаборатория CERN создала известный всем протокол WWW - World Wide Web. Эта разработка была выполнена, прежде всего, для обмена информацией среди физиков. Появляются первые компьютерные вирусы, распространяемые через Интернет.

1993: Создан первый Интернет-браузер Mosaic Марком Андреесеном в Университете штата Иллинойс. Число интернет-хостов превысило 2 млн. В сети действует 600 сайтов.

1996: Началось соревнование между браузером Netscape, созданным под руководством Марка Андреесена, и Internet Explorer, разработанным компанией Microsoft. В мире уже существует 12,8 млн. хостов и 500 тыс. сайтов.

2002: Сеть Интернет связывает 689 млн. человек и 172 млн. хостов.

2.2. Основные понятия сети Интернет

Интернет - это всемирная компьютерная сеть, объединяющая в единое целое десятки тысяч разнородных локальных и глобальных компьютерных

185

сетей, связанных определенными соглашениями (протоколами). Ее назначение

– обеспечить любому желающему постоянный доступ к информации. Благодаря сети стал доступен огромный объем информации. Так, пользователь в любой стране может связаться с людьми, разделяющими его интересы, или получить ценные сведения в электронных библиотеках, даже если они находятся на другом конце света. Нужная информация окажется в его компьютере за считанные секунды, пройдя путь по длинной цепочке промежуточных компьютеров, по кабелям и радио, через горы и моря, по дну океанов и через спутники.

Интернет финансируется правительствами, научными и образовательными учреждениями, коммерческими структурами и миллионами частных лиц во всех частях света, но никто конкретно не является ее владельцем. Техническую сторону организации сети контролирует Федеральный сетевой совет (FNC), формируемый из приглашенных добровольцев, который 24 октября 1995 года принял определение того, что же мы подразумеваем под термином "Интернет":

Internet – это глобальная компьютерная система, которая: логически взаимосвязана пространством глобальных уникальных адресов (каждый компьютер, подключаемый к сети, имеет свой уникальный адрес); способна поддерживать коммуникации (обмен информацией); обеспечивает работу высокоуровневых сервисов (служб), например, WWW, электронная почта, телеконференции, разговоры в сети и другие.

Internet является одноранговой сетью, т.е. все компьютеры в сети равноправны, и любой компьютер можно подключить к любому другому компьютеру. Таким образом, любой компьютер, подключенный к сети, может предлагать свои услуги любому другому.

В узлах этого всемирного соединения установлены компьютеры, которые и содержат нужную информацию и предлагают различные информационные и коммуникационные услуги. Эти компьютеры называются серверы (хосты).

Серверы содержат информационные ресурсы. К ресурсам относятся любые базы данных, например, законодательные, научно-технические, коммерческие, рекламные, информацию из газет и журналов, файлы, программы, Web-страницы и т.д.

Компьютер сервер предоставляет услуги другим компьютерам, запрашивающим информацию, которые называют клиентами (пользователями, абонентами). Таким образом, работа в Internet предполагает наличие передатчика информации, приемника и канала связи между ними. Когда мы «входим» в Internet, наш компьютер выступает в качестве клиента, он запрашивает необходимую нам информацию на выбранном нами сервере.

186

2.3. Протоколы передачи данных

Для того чтобы использовать автомобильный транспорт, людям пришлось договориться о всеобщих правилах, которым он должен подчиняться. Точно так же сеть Интернет не может существовать без единых правил, определяющих порядок передачи данных компьютерами в сети, так как компьютеры строятся на различных аппаратных платформах и управляются различными операционными системами.

Набор соглашений о правилах формирования и форматах сообщений называется протоколом.

Передаваемые данные разбиваются на небольшие порции, называемые пакетами. Каждый пакет перемещается в сети, независимо от других пакетов. Они переходят с одного узла на другой и далее пересылаются на другой узел, находящийся "ближе" к адресату. Если пакет передан неудачно, передача повторяется. Теоретически возможно, что разные сообщения пройдут разными путями, но все равно достигнут адресата и будут собраны в полный документ. Возможно, что некоторые документы, отправленные из Англии в Австралию, обогнут земной шар с востока на запад, а другие - с запада на восток.

2.3.1. Протокол TCP/ IP

Сети в Интернете все связываются друг с другом, потому что все компьютеры, участвующие в передаче данных, используют единый протокол коммуникации TCP / IP (читается «ти-си-пи / ай-пи”).

На самом деле протокол TCP / IP – это два разных протокола, определяющие различные аспекты передачи данных в сети:

Протокол TCP (Transmission Control Protocol) – протокол управления передачей данных, использующий автоматическую повторную передачу пакетов, содержащих ошибки; этот протокол отвечает за разбиение передаваемой информации на пакеты и правильное восстановление информации из пакетов получателя.

Протокол IP (Internet Protocol) – протокол межсетевого взаимодействия, отвечающий за адресацию и позволяющий пакету на пути к конечному пункту назначения проходить по нескольким сетям.

Схема передачи информации по протоколу TCP / IP:

протокол TCP разбивает информацию на пакеты и нумерует все пакеты; далее с помощью протокола IP все пакеты передаются получателю, где

с помощью протокола TCP проверяется, все ли пакеты получены;

после получения всех пакетов протокол TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое.

Для работы прикладных программ, таких как программы электронной почты, требуется не только правильно упаковать информацию в пакеты и отправить их, но и необходимо четко договориться о содержимом этих пакетов, а также о процедуре обмена пакетами. Так, например, для получения письма

187

необходимо предъявить пароль обладателя почтового ящика, а это уже целая последовательность действий. Таким образом, необходимы и другие протоколы.

Были разработаны новые протоколы, и стала использоваться система имен по всему обьединенному Интернету, которая позволяла любому пользователю автоматически определять адрес удаленной машины по ее имени. Известный как Доменная Система Имен, этот механизм основывается на машинах, называемых серверами имен, отвечающих на запросы об именах. Нет одной машины, содержащей всю базу данных об именах. Вместо этого, данные распределены по нескольким машинам, которые используют протоколы TCP/IP для связи между собой при ответе на запросы.

2.3.2. Протокол HTTP

HTTP - Протокол передачи гипертекстов (HyperText Transfer Protocol).

Это протокол высокого уровня (а именно, уровня приложений), обеспечивающий необходимую скорость передачи данных, требующуюся для распределенных информационных систем гипермедиа. HTTP используется проектом World Wide Web с 1990 года.

Практические информационные системы требуют большего, чем примитивный поиск, модификация и аннотация данных. HTTP/1.0 предоставляет открытое множество методов, которые могут быть использованы для указания целей запроса. Они построены на дисциплине ссылок, где для указания ресурса, к которому должен быть применен данный метод, используется Универсальный Идентификатор Ресурсов (Universal Resource Identifier – URI), в виде местонахождения (URL) или имени (URN). Формат сообщений сходен с форматом Internet Mail или Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME – Многоцелевое Расширение Почты Internet).

188

HTTP/1.0 используется также для коммуникаций между различными пользовательскими просмотрщиками и шлюзами, дающими гипермедиа доступ к существующим Internet протоколам, таким как SMTP, NNTP, FTP, Gopher и WAIS. HTTP/1.0 разработан, чтобы позволять таким шлюзам через proxy серверы, без какой-либо потери передавать данные с помощью упомянутых протоколов более ранних версий.

HTTP основывается на парадигме запросов/ответов. Запрашивающая программа (обычно она называется клиент) устанавливает связь с обслуживающей программой-получателем (обычно называется сервер) и посылает запрос серверу в следующей форме:

метод запроса; URI;

версия протокола, за которой следует MIME-подобное сообщение, содержащее управляющую информацию запроса, информацию о клиенте и, может быть, тело сообщения.

Сервер отвечает сообщением, содержащим строку статуса (включая версию протокола и код статуса успех или ошибка), за которой следует MIMEподобное сообщение, включающее в себя информацию о сервере, метаинформацию о содержании ответа, и, вероятно, само тело ответа. Следует отметить, что одна программа может быть одновременно и клиентом и сервером. Использование этих терминов в данном тексте относится только к роли, выполняемой программой в течение данного конкретного сеанса связи, а не к общим функциям программы.

В Internet коммуникации обычно основываются на TCP/IP протоколах. Для WWW номер порта по умолчанию – TCP:80, но также могут быть использованы и другие номера портов – это не исключает возможности использовать HTTP в качестве протокола верхнего уровня.

Для большинства приложений сеанс связи открывается клиентом для каждого запроса и закрывается сервером после окончания ответа на запрос. Тем не менее, это не является особенностью протокола. И клиент, и сервер должны иметь возможность закрывать сеанс связи, например, в результате какогонибудь действия пользователя. В любом случае, разрыв связи, инициированный любой стороной, прерывает текущий запрос, независимо от его статуса.

2.3.3. Протокол FTP

FTP – протокол передачи файлов. FTP отличается от других приложений тем, что он использует два TCP соединения для передачи файла.

Управляющее соединение устанавливается как обычное соединение клиент-сервер. Сервер осуществляет пассивное открытие на заранее известный порт FTP (21) и ожидает запроса на соединение от клиента. Клиент осуществляет активное открытие на TCP порт 21, чтобы установить управляющее соединение. Управляющее соединение существует все время,

189

пока клиент общается с сервером. Это соединение используется для передачи команд от клиента к серверу и для передачи откликов от сервера. Тип IP сервиса для управляющего соединения устанавливается для получения "минимальной задержки", так как команды обычно вводятся пользователем.

Соединение данных открывается каждый раз, когда осуществляется передача файла между клиентом и сервером. (Оно также открывается и в другие моменты, как мы увидим позже.) Тип сервиса IP для соединения данных должен быть "максимальная пропускная способность", так как это соединение используется для передачи файлов.

Команды и отклики передаются по управляющему соединению между клиентом и сервером в формате NVT ASCII. В конце каждой строки команды или отклика присутствует пара CR, LF.

Единственные команды Telnet (начинающиеся с IAC), которые могут быть отправлены клиентом серверу – это команда прерывания процесса () и Telnet сигнал синхронизации (в режиме срочности). Мы увидим, что эти две команды Telnet используются для прекращения передачи файла или для того, чтобы отправить серверу запрос в процессе передачи. Если сервер получает от клиента команду с Telnet опцией (WILL, WONT, DO или DONT), он отвечает либо DONT, либо WONT.

Команды состоят из 3 или 4 байт, а именно из заглавных ASCII символов, некоторые с необязательными аргументами. Клиент может отправить серверу более чем 30 различных FTP команд.

2.3.4.Почтовый протокол POP3

Внекоторых небольших узлах Интернет бывает непрактично поддерживать систему передачи сообщений (MTS - Message Transport System). Рабочая станция может не иметь достаточных ресурсов для обеспечения непрерывной работы SMTP-сервера [RFC-821]. Для “домашних ЭВМ” слишком дорого поддерживать связь с Интернет круглые сутки.

Но доступ к электронной почте необходим как для таких малых узлов, так и индивидуальных ЭВМ. Для решения этой проблемы разработан протокол

POP3 (Post Office Protocol - Version 3, STD: 53. M. Rose, RFC-1939). Этот протокол обеспечивает доступ узла к базовому почтовому серверу.

POP3 не ставит целью предоставление широкого списка манипуляций с почтой, он лишь получает и стирает почтовые сообщения. Более продвинутый

исложный протокол IMAP4 обсуждается в RFC-2060 (порт 143). Об аутентификации в POP3 можно прочесть в документе RFC-1734.

Вдальнейшем ЭВМ-клиентом будет называться машина, пользующаяся услугами POP3, а ЭВМ-сервером – сторона, предлагающая услуги POP3.

Когда пользователь ЭВМ-клиента хочет послать сообщение, он устанавливает SMTP связь с почтовым сервером непосредственно и посылает

190