ЛОКАЛЬНЫЕ И ГЛОБАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ,

СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ.

ПЕРВДАЧА ИНФОРМАЦИИ

Основное назначение компьютерных сетей — это совместное использование ресурсов и обмен сообщениями между пользователями сети. Передача сообщений производится с помощью коммуникационной сети. Коммуникационная сеть включает в себя: устройство—источник передаваемых данных; сообщение, состоящее из цифровых данных определенного формата; физическую передающую среду и специальную аппаратуру, обеспечивающую передачу данных; устройство—приемник данных (рис. 1). Как правило, в качестве приемников и источников (терминалов) информационной компьютерной сети выступают компьютеры.

Технические устройства и физическую среду, обеспечивающую передачу данных между терминалами сети, называют линиями связи (каналом). В настоящее время при построении вычислительных сетей используются кабельная связь, телефонная связь, специальные виды связи, радиосвязь в различных диапазонах.

Данные, передаваемые по каналам связи, делятся на два типа: аналоговые (голос обычной телефонной сети, сигнал радиовещания) и цифровые (компьютерные цифровые сети и линии связи).

Термин «аналоговый» относится к сигналам, имеющим продолжительность, непрерывно передаваемым некоторое время. Звук — аналоговый сигнал, характеризующийся множеством уровней и частот. Микрофон и наушник (динамик) преобразуют звуковой сигнал в электрический аналоговый сигнал и обратно. Телефонный аппарат посылает электрический аналоговый сигнал в телефонную сеть и принимает из сети, преобразуя в звуковой сигнал.

В отличие от аналоговой, в цифровой связи передаются байты цифровых кодов, скорость передачи которых гораздо выше. Передача информации в цифровом виде (в виде нулей и единиц) устойчива к помехам, а специальные приемы позволяют восстанавливать иска­женную и потерянную часть информации или получать ее повторно. В аналоговой связи две возможности выбрать канал связи: а) отдельная линия связи; б) отдельная частота передачи данных в общей линии. В цифровой связи появляется третья возможность за счет попеременной передачи данных от разных источников по одной линии и на одной частоте.

Линии связи могут быть выделенные и коммутируемые. Выделенная линия постоянно закреплена за источником и приемником информации, например телефонный канал от организации к поставщику сетевых услуг или к вышестоящей организации. Коммутируемая линия связи (dial-up) — соединение с сетью с использованием модема и каналов городской телефонной сети; устанавливается только на время соединения (например, после набора телефонного номера) между передающим и принимающим устройствами.

Цифровые данные определенного формата, предназначенные для передачи, называют сообщением. Для передачи сообщений в компьютерных сетях используются различные типы каналов связи: телефонные и кабельные каналы, радиоканалы, каналы спутниковой связи.

Для характеристики процесса обмена сообщениями в вычислительной сети по каналам связи используются следующие понятия: режим передачи, код передачи, тип синхронизации. Режим передачи. Существует три режима передачи:

симплексный (односторонний) режим — передача данных ведется только в одном направлении. В вычислительных сетях этот режим не используется;

полудуплексный режим — попеременная передача информации в одном направлении, затем в противоположном;

дуплексный режим — одновременные передача и прием сообщений. Этот режим является наиболее скоростным и позволяет эффективно использовать возможности ЭВМ.

Код передачи. Лия передачи информации по каналам связи используются специальные коды. Наиболее распространенным кодом передачи по каналам связи является код ASCII (отечественный аналог — код КОИ-7). Для передачи кодовой комбинации используется параллельный код, когда кодовая комбинация битов идет сразу по нескольким линиям, либо последовательный код, когда кодовая комбинация битов передается последовательно по одной линии. В соответствии с кодом передачи в компьютерах при подключении внешних устройств могут применяться как последовательные, так и параллельные порты.

Тип синхронизации. Передача и прием информации в вычислительной сети могут проходить согласованно во времени (синхронно) либо несогласованно (асинхронно). Синхронная передача — высокоскоростная и почти безошибочная, однако она требует дорогостоящего оборудования. Асинхронная передача имеет более низкую эффективность скорости передачи данных, но не требует дорогостоящего оборудования и отвечает требованиям организации диалога в вычислительной сети при взаимодействии персональных ЭВМ.

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ

Физическая среда. В локальных вычислительных сетях, как правило, используются три варианта проводной кабельной связи: витая пара проводов, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель (рис. 2).

Витая пара проводов является самой популярной средой передачи данных в локальных сетях. Кабель витой пары состоит из нескольких пар медных скрученных проводников, заключенных в оболочку. Внешне кабель выглядит как телефонный и подключается к компьютеру с помощью разъема RJ-45 (рис. 3) Существуют неэкранированная и экранированная витые пары, различаемые наличием дополнительного защитного экранного слоя. Кабели витой пары классифицируются по производительности передачи данных по категориям. Как правило, для построения локальных вычислительных сетей используются кабели 5-й категории длиной до 100 м, обеспечивающие производительность до 150 Мбит/с. Кабель витой пары очень чувствителен к электромагнитным помехам.

К оаксиальный кабель представляет собой кабель, состоящий из центрального проводника, окруженного толстым слоем изоляционного материала, и внешней экранирующей оплетки. Весь кабель помещается во внешнюю пластиковую оболочку. Благодаря хорошей защищенности кабеля от помех с его помощью можно соединять устройства на расстоянии нескольких километров и обеспечивать скорость передачи данных до 10 Мбит/с. Коаксиальные кабели выпускаются разных типов. Различают «толстый» (по цвету внешней изоляиии его называют желтым кабелем) и «тонкий» кабели, название которых происходит от величины диаметра центрального проводника Большинство ЛВС строится на тонком кабеле, который подключается к компьютеру с помощью BNC-коннектора (англ. connect соединять) (рис. 4) и может иметь длину до 185 м. При организации локальной сети на тонком кабеле можно использовать до 4 репитеров в сегменте и таким образом получить сеть с максимальной протяженностью 925 м. «Толстый» коаксиальный кабель обладает лучшими характеристиками, чем «тонкий», но стоит дороже Он подключается к компьютеру с помощью специального устройства -трянсирвера. Максимальная длина сегмента на толстом кабеле между двумя рабочими станциями достигает 500 м, а при использовании специальных усилителей может составить 2,5 км

Оптоволоконный кабель наиболее дорог, но обеспечивает скорость передачи данных до 10 Гбайт/с на расстояние до 50 км. В оптоволоконном кабеле для передачи данных используются световые импульсы полупроводникового лазера. Сердечник такого кабеля изготовлен из стекловолокна и окружен слоем отражателя, направляющего световые импульсы вдоль кабеля, Такой кабель не подвержен воздействий электромагнитных помех. Различают одномодовые и многомодомовые кабели. В одномодовом кабеле используется очень тонкий центральный проводник, в котором луч света почти не отражается от внешнего отражателя. В многомодовом кабеле используется более толстый центральный проводник, позволяющий одновременно пропускать несколько световых лучей с разными углами преломления -модами. Монтаж оптоволокна достаточно сложен.

Беспроводная связь - передача данных, в которой сигналы по части или всему пути связи переносят электромагнитные волны. Беспроводная связь применяется для оперативной организации временной сети и подключения к обычной кабельной сети нескольких компьютеров во временных офисах (в комнате, здании), образовательных и лечебных учреждениях, местах общественных встреч (конференц-залы, гостиницы, аэропорты), а также организуемых точках беспроводного доступа (центральных пунктах) к традиционным локальным сетям и Интернету. Термин «беспроводной» (англ. — wireless) используется в отношении устройств, выполняющих связь, обмен данными (или только получение, только передачу) сигналами в радио-, оптическом (инфракрасном) или ультразвуковом диапазоне частот без соединения кабелем и проводами.

Беспроводная локальная сеть — это сеть, не использующая кабель для связи компонентов сети. Связь компьютеров и периферийных ус­тройств обеспечивают радиосети сверхвысокого частотного диапазона или инфракрасные сети. Беспроводные устройства могут сами обнаруживать друг друга и связываться в одноранговую сеть, совместно использовать подключение к Интернету. В компьютерах (как правило, в ноутбуках) для осуществления такой связи должна быть установлена сетевая карта беспроводного доступа.

В глобальных сетях применяются телефонные линии связи, радиосвязь и спутниковая связь. Телефонные линии связи различаются по качеству. Низкокачественные телефонные линии обеспечивают не более 2400 бод (1 бод = 1 бит/с), высококачественные — до 32 Кбод, цифровые — до 64 Кбод.

Радиоканалы для целей передачи информации используют частотные диапазоны 902+928 МГц, обеспечивающие связь на расстояние до 10 км и имеющие пропускную способность 64 бит/с, а также 2,4 ГГц и 12 ГГц, обеспечивающие связь на расстояние до 50 км и скорость до 8 Мбит/с.

Спутниковые каналы используют частоты передачи сигнала 630 ГГц, приема — 4+20 ГГц. Обычный спутник обладает 12+20 приемопередатчиками (трансиверами), каждый из которых имеет полосу 36+50 МГц, что позволяет сформировать поток данных 50 Мбит/с, достаточный для организации 1600 высококачественных телефонных каналов по 32 Кбит/с.

Коммуникационное оборудование. Для подключения компьютера к сети требуется специальное устройство сопряжения, называемое сетевым адаптером (рис. 5). Конструктивно это устрой­ство может быть выполнено в виде сетевой интерфейсной платы, вставляемой в разъем сис­темной платы, либо в виде интегрированного в системную плату устройства. Сетевая плата оснащена собственным процессором и памятью, а на внешней стороне — разъемами (RJ-45,BNC) для подключения кабеля. Современные сетевые платы обеспечивают скорость обмена данных 10÷100 Мбит/с. Для организации беспроводной связи в ноутбуки устанавливаются специальные сетевые платы.

Протяженность сети, расстояние между станциями в первую очередь определяются физическими характеристиками передающей среды. При передаче данных в любой среде происходит затухание сигнала, что и приводит к ограничению расстояния. Чтобы преодолеть это ограничение и расширить сеть, устанавливают специальные устройства. Часть сети, в которую не входит устройство расширения, принято называть сегментом сети.

К коммуникационным узлам сети относятся следующие устройства: повторители, концентраторы, коммутаторы (мосты), маршрутизаторы и шлюзы.

При наращивании компьютерной сети на большое расстояние для поддержания передаваемого сигнала в исходном состоянии используется повторитель — устройство, обеспечивающее сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче на расстояние больше, чем предусмотрено данным типом физической передающей среды.

Для объединения компьютеров в локальную сеть используется концентратор (англ. hub) — устройство, коммутирующее несколько каналов связи на один путем частотного разделения. Точка подключения кабеля к концентратору называется портом. Обычно выпускаются модели с 5, 8, 12, 16, 24, 32 портами для подключения витой пары, дополнительно концентратор может быть снабжен и разъемом BNC для подключения коаксиального кабеля. Концентраторы могут подключаться каскадом. Все порты концентратора (за исключением каскадирующего) равноправны и не могут группироваться с целью сегментирования сети.

Коммутатор {англ. switch), в отличие от концентратора, позволяет не только объединить компьютеры в локальную сеть, но и увеличить полосу пропускания и уменьшить время задержки обработки информации в ЛВС. Порты коммутатора можно группировать, обособляя не­которую группу компьютеров, взаимодействующих между собой более интенсивно, чем с другими элементами сети. Тем самым в разных сегментах сети могут устанавливаться разные скорости обмена.

Для функционирования сети сложной конфигурации, объединяющей несколько сетей, необходимо специальное устройство, определяющее маршрут передачи сообщения адресату этой сети. Такое устройство — маршрутизатор соединяет сети разного типа, но использующих одну операционную систему. Подобно тому, как производится набор телефонного номера при междугородном телефонном разговоре — вначале код города, затем номер требуемого абонента, маршрутизатор однозначно определяет компьютер сети с помощью адреса сети и адреса требуемого узла сети. Маршрутизатор выбирает оптимальный путь передачи сообщения в сети, фильтрует информацию, обеспечивает банлнсировку нагрузки в сети, перенаправляя потоки сообщений по свободным каналам связи. Аппаратно маршрутизатор может быть представлен в крупных сетях специальным устройством, в небольших сетях роль маршрутизатора может выполнять компьютер, оснащенный двумя или более сетевыми картами, который при небольшой загрузке сети можно использовать и для выполнения рабочих функций.

При объединении ЛВС, работающих по различным протоколам, необходимо специальное устройство, выполняющее преобразование между протоколами, — шлюз. Шлюз — устройство, позволяющее организовать обмен данными между двумя сетями, использующими различные протоколы взаимодействия. С помощью шлюза подключается локальная вычислительная сеть к глобальной сети. Конструктивно шлюз выполняется в виде платы, устанавливаемой в компьютер, при этом компьютер может совмещать функции шлюза и рабочей станции вычислительной сети.

Для подключения компьютера к удаленной сети используется модем. Модем не только передает данные, но выполняет отклик, согласование условий передачи, сжатие данных, контроль качества связи. Для повышения скорости передачи модемы сжимают данные перед отправкой (почти в два раза) и распаковывают после получения.

Создание постоянных каналов телекоммуникаций производят с помощью геостационарных спутников, висящих над экватором на высоте 36 000 км. Для приема сигнала с такого спутника наземная антенна должна иметь большой диаметр, а приемное оборудование — низкий уровень шума. Стоимость такой системы очень высокая, и число позиций для размещения таких спутников ограничено, поэтому для телекоммуникаций могут быть использованы низколетящие спутники (< 1000 км). В этом случае наземная станция может иметь небольшую антенну, а также малую стоимость.

Для организации радиоканала передачи данных используются радиорелейное оборудование, радиомодемы или радиомосты (рис. 6). Схемы этих устройств имеют много общего. Антенна служит для приема и передачи данных. Приемопередатчик (трансивер) соединяется с антенной через усилители, а через преобразователь частот — с модемом.

Сетевые технологии обработки информации

Основное назначение компьютерной сети — это предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенных к ней пользователей. Компьютерные сети реализуют обработку данных, которая предполагает наличие двух объектов: клиента и сервера. В процессе обработки клиент формирует запрос на сервер для выполнения различных процедур, например, чтение файла, печать файла, отправка факса, поиск информа­ции в базе данных и т.д. Сервер принимает запрос от клиента и результат его выполнения передает клиенту.

Локальные вычислительные сети, В локальных вычислительных сетях различают одноранговые сети и сети с выделенными серверами.

В одноранговой сети все компьютеры равноправны и каждый из них может выполнять как функции клиента, так и функции сервера. Пользователю доступны все устройства, подключенные к сети. Достоинства одноранговой сети — низкая стоимость и надежность сети. Однако эффективность работы такой сети зависит от количества подключенных компьютеров. Как правило, в одноранговой сети может работать не более 10 компьютеров. В одноранговых сетях сложно обеспечить защиту информации и ими трудно управлять, выполнять изменение программного обеспечения.

В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции сервера, а остальные являются клиентами. На сервере устанавливается сетевая операционная система, позволяющая управлять всеми компьютерами, подключенными к сети. Достоинства такой сети — надежная система защиты информации, высокое быстродейст­вие, простота управления и отсутствие ограничения на количество подключенных клиентов. К недостаткам такой сети относится высокая стоимость, связанная с выделением одного компьютера под сервер, при этом для эффективной работы сети в качестве сервера должен быть установлен высокопроизводительный компьютер.

Все устройства, подключаемые к сети, можно разделить на три функциональные группы:

рабочие станции; •серверы сети;

коммуникационные узлы.

Рабочая станция — это персональный компьютер, подключенный к сети, на котором пользователь сети имеет доступ к ее ресурсам и выполняет свою работу. Каждая рабочая станция обрабатывает свои локальные файлы и использует свою операционную систему. Но при этом пользователю доступны ресурсы сети. Можно выделить три типа рабочих станций: рабочая станция с локальным диском, бездисковая рабочая станция, удаленная рабочая станция.

На рабочей станции с диском (жестким или гибким) операционная система загружается с этого локального диска. Операционная система бездисковой станции загружается с диска файлового сервера. Такая возможность обеспечивается специальной микросхемой, устанавливаемой на сетевом адаптере бездисковой станции. Удаленная рабочая станция — это станция, которая подключается к локальной сети через телекоммуникационные каналы связи (например, с помощью телефонной сети).

Сервер сети — это компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами, например хранение и архивирование общих данных, обработка запросов к СУБД, печать документов, удаленная обработка заданий и т.д.

По выполняемым функциям можно выделить следующие типы серверов.

1. Файловый сервер — компьютер, хранящий данные пользователей сети и обеспечивающий доступ пользователей к этим данным Файл-сервер имеет большой объем дискового пространства и обеспечивает одновременный доступ пользователей к общим данным. Функциями файл-сервера являются:

хранение данных и согласование их изменений пользователями'

архивирование данных;

передача данных.

2. Сервер баз данных — компьютер, выполняющий функции хранения, обработки и управления файлами баз данных. Сервер баз данных выполняет функции:

хранение баз данных, поддержка их целостности, полноты, актуальности;

прием и обработка запросов к базам данных, а также передача результатов обработки на рабочую станцию;

обеспечение авторизированного доступа к базам данных и Ведение системы учета и разграничение прав доступа пользователей;

•согласование изменений данных, выполняемых разными Пользователями;

• поддержка распределенных баз данных и взаимодействие с другими серверами баз данных.

Сервер прикладных программ — компьютер, используемый для выполнения прикладных программ пользователей.

Коммуникационный сервер — устройство или компьютер, Который предоставляет пользователям локальной сети прозрачный доступ к своим портам ввода/вывода. С помощью коммуникационного сервера можно создать разделяемый модем, подключив его к одному из портов сервера, и тем самым дать возможность пользователям сети работать с таким модемом так же, как если бы модем был подключен непосредственно к рабочей станции.

Сервер доступа — это выделенный компьютер, позволяющий выполнять обработку заданий, поступающих с удаленной рабочей станции. От удаленной рабочей станции принимаются команды, введенные пользователем с клавиатуры, а на рабочую станцию возвращаются результаты выполнения этих задания.

Факс-сервер — устройство или компьютер, выполняющий рассылку и прием факсимильных сообщений для пользователей локальной сети.

Сервер резервного копирования данных — устройство или компьютер, осуществляющий хранение и восстановление копий данных, расположенных на файловых серверах и рабочих станциях. В качестве такого сервера может использоваться один из файловых серверов сети.

Следует отметить, что все перечисленные типы серверов могут функционировать на одном выделенном для этих целей компьютере.

Назначение и виды коммуникационных узлов компьютерных сетей рассмотрены ранее.

Топология и методы доступа. При построении ЛВС соединение компьютеров друг с другом может производиться разными геометрическими схемами, т.е. иметь различную топологию. В зависимости от задач, которые должна выполнять ЛВС, могут применяться следующие топологии ЛВС:

• Кольцевая топология ЛВС предусматривает соединение компьютеров с помощью кабеля в виде замкнутой кривой (рис. 7, а). Сообщения ретранслируются от одного компьютера к другому до тех пор, по­ка оно не будет принято. Основным недостатком такой топологии является низкая надежность работы, так как при выходе из строя одного из компьютеров сети передача данных прекращается.

Шинная топология является наиболее распространенной и простой. Все компьютеры подключаются к одной общей шине, и сообщения передаются по ней в обе стороны, пока не найдут своего адресата (рис. 7, б). Надежность такой сети выше, так как выход из строя отдельных ПК не отражается на работе сети в целом.

Звездообразная топология строится на базе центрального узла, к которому подключаются все остальные (рис. 7, в). Сообщения передаются и маршрутизируются центральным компьютером. Надежность и быстродействие такой сети высокие, но полностью зависят от центрального узла.

Комбинированные топологические решения предполагают разные варианты совмещения первых трех типов (рис. 8).

Передача сообщений между компьютерами сети в передающей среде зависит от используемого метода доступа к этой среде. Различают детерминированные и недетерминированные методы доступа. К детерминированным методам относятся методы опроса и передачи права. Метод опроса используется в сетях звездообразной топологии и заключается в постоянном проведении центральным узлом сети опроса станций для получения или передачи им сообщений. Метод передачи права применяется в сетях с кольцевой топологией и основан на передаче по сети специального сообщения — маркера, в которое пользова­тели сети могут помещать свои сообщения. Пользователь-получатель принимает сообщение и передает в маркер сообщение, подтверждающее его получение, которое отправляется отправителю.

Недетерминированные — случайные методы доступа основаны на режиме соперничества за право передачи сообщения по сети. Этот метод используется в сетях с шинной топологией. Наибольшее применение сетях с шинной топологией нашел множественный метод доступа с контролем несущей частоты и обнаружением коллизий (коллизия — столкновение, попытка одновременной передачи данных). В основе этого метода лежит способ состязания, где узлы сети соревнуются за праве использования среды. Узлы периодически проверяют активность среды (наличие несущей). Отсутствие активности означает, что среда свободна и узлы могут начать передачу. Первый начавший передачу узел занимает среду, а остальные ожидают ее освобождения. При одновременном начале передачи несколькими узлами возникает коллизия, в этом случае передача прекращается и после некоторой паузы возобновляется снова

Эталонная модель OSI. Для согласованной работы двух разных устройств необходимо иметь соглашение, требованиям которого будет удовлетворять работа каждого устройства. Соглашение, как правило, оформляется в виде стандарта. Взаимодействие устройств в вычислительной сети является сложным процессом, реализация которого тре- бует решения многих взаимосвязанных проблем и задач.

В начале 1980-х гг. Международная организация по стандартизации (ISO) при поддержке других организаций по стандартизации разработала модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection). Под открытой системой понимается система, которая взаимодействует с другими системами в соответствии с принятыми стандартами. В основу эталонной модели была положена идея декомпозиции процесса функционирования открытых систем на уровни таким образом, чтобы сгруппировать в рамках каждого уровня функционально наиболее общие компоненты. Таким образом, каждый уровень представляет собой подсистему, которая может взаимодействовать только с соседними уровнями.

Совокупность правил (процедур) взаимодействия объектов одноименных уровней называется протоколом. Набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. Модель OSI описывает системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Модель не описывает взаимодействия приложений с конечным пользователем. Эталонная модель очень быстро стала одной из основных моделей, описывающих процесс передачи данных между компьютерами.

Модель OS1 разделяет средства взаимодействия на семь уровней (табл. 1), которые могут быть представлены в виде стека.

Каждый уровень относительно независим. Модули реализации каждого уровня могут быть легко заменены без внесения изменений в модули других уровней. Каждый уровень описывает строго определенные функции взаимодействия сетевых устройств. В процессе обмена данными участвуют два компьютера. Процесс взаимодействия компьютеров может быть представлен как набор взаимодействий одинаковых уровней.

В модели OSI различаются протоколы двух типов. Протокол с установлением соединения предполагает, что перед началом обмена данными между компьютерами должна быть установлена связь с определенными параметрами. Протокол второго типа не предполагает установления предварительной связи, в этом случае сообщение передается по так называемому датаграммному протоколу.

Блоки информации, передаваемые между уровнями, имеют стандартный формат: заголовок, служебная информация, данные, завершающая информация. Каждый уровень, за исключением физического, при передаче блока информации нижележащему уровню снабжает его своим заголовком. Заголовки вышележащих уровней воспринимаются нижележащими уровнями как данные блока информации. На каждом уровне информация обрабатывается в соответствии с назначенными функциями, например данные шифруются. При получении блока информации от нижележащего уровня заголовки и другая служебная информация текущего уровня отбрасываются (рис. 9).

1-й уровень — физический — описывает передачу битов информации по физическим каналам связи. На физическом уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих данные, физического качала связи, типы разъемов с назначением каждого контакта. Функции физического уровня на компьютере выполняются сетевым адаптером.

2-й уровень — канальный — решает две задачи. Первая задача — определение доступности среды передачи данных. Эта задача решается в сетях с разделяемой средой передачи данных, когда в конкретный момент времени канал связи занят только одной парой компьютеров. Вторая задача — определение механизма обнаружения и коррекции ошибок.

Обмен данными осуществляется определенными порциями, которые называются кадрами. В каждый кадр добавляются определенные последовательности битов в начало и конец для выделения кадра, адрес компьютера-отправителя, адрес компьютера-получателя. Кроме того, в каждый кадр добавляется вычисляемая контрольная сумма, необходимая для проверки корректности передачи кадра. Исправление обнаруженной ошибки возможно за счет повторной передачи кадра. В компьютерах протоколы канального уровня реализуются сетевыми адаптерами и их драйверами. Протоколы канального уровня, используемые в локальных сетях, разрабатываются для сетей с определенной топологией.

3-й уровень — сетевой — решает вопросы обмена данными между сетями с разными топологиями и принципами передачи данных между конечными узлами для образования единой транспортной системы. Здесь сеть является не просто объединением компьютеров, но соединением по одной из типовых технологий, использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня. Сетевой обмен данными осуществляется порциями, которые называются пакетами. Пакет представляет собой группу байтов, передаваемых по сети. Каждый пакет, кроме адреса компьютера, снабжается адресом сети как получателя, так и отправителя.

Для соединения сетей используется маршрутизатор, собирающий информацию о топологии межсетевых соединений. Для пути передачи пакета между конечными узлами, находящимися в разных сетях, могут быть другие промежуточные сети, через которые необходимо сделать транзитные передачи. Таким образом, пакет проходит через несколько маршрутизаторов, выстраивающих маршрут. Проблема выбора наилучшего маршрута является главной задачей сетевого уровня, решение которой возлагается на маршрутизатор. Критериями выбора могут быть как время передачи пакета, так и надежность передачи.

На сетевом уровне выделяются два вида протоколов. Это сетевые протоколы, обеспечивающие продвижение пакетов через сеть. К ним можно отнести так называемые протоколы маршрутизации, с помощью которых маршрутизаторы обмениваются маршрутной информацией. Второй вид протокола — протокол разрешения адресов, отвечающий за преобразование адреса узла, используемого на сетевом уровне, в локальный адрес сети.

4-й уровень — транспортный — обеспечивает взаимодействие между процессами и сетью. На этом уровне решаются вопросы надежности передачи данных, обнаружения и исправления ошибок передачи (искаже­ние, потеря и дублирование пакетов). Протоколы транспортного уровня и выше реализуются программными средствами узлов сети, компонентами сетевых систем.

5-й уровень — сеансовый — устанавливает и поддерживает сеанс связи между абонентами через коммуникационную сеть. Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом между конечными узлами. Отдельные протоколы сеансового уровня обычно не используются. Его функции реализуются в протоколах прикладного уровня.

6-й уровень — представительный — определяет представление данных. Функции этого уровня заключаются в преобразовании формы представления данных, полученных от прикладного уровня одной си­стемы, в форму, необходимую для восприятия прикладным уровнем другой системы. На этом уровне преодолеваются синтаксические различия в представлении и кодировке данных, а также обеспечивается секретность обмена данными для всех служб прикладного уровня.

7-й уровень — прикладной — обеспечивает поддержку прикладных процессов конечных пользователей и доступ пользователей к разделяе­мым ресурсам сети (файлам, принтерам, факсам, сканерам, гипертекс­товым страницам). К протоколам этого уровня относятся протоколы электронной почты и другие протоколы совместной работы. В качестве единицы информации протоколы этого уровня используют сообщение.

Стек протоколов TCP/IP. Стек протоколов — это комбинация протоколов. В компьютерных сетях в качестве стандартных моделей протоколов разработано несколько стеков: набор протоколов OSI, TCP/IP, IBM System Network Architecture (SNA), Novel NetWare и др.

Стек TCP/IP был разработан для работы в разнородных сетях. Этот стек получил большое распространение после своей реализации в ОС UNIX. В настоящее время он используется как для связи компьютеров в сети Интернет, так и в корпоративных сетях. На физическом и канальном уровнях стек поддерживает все базовые технологии локальных сетей. Стек TCP/IP имеет четыре уровня (рис. 10):

•прикладной; •транспортный;

межсетевых взаимодействий;

сетевых интерфейсов.

Соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.

На прикладном уровне собраны службы, предоставляющие сетевой сервис пользовательским приложениям. Список служб постоянно из­меняется. Среди основных служб можно выделить следующие: HTTP, FTP, DNS, Telnet, SNMP. Прикладной уровень объединяет функции прикладного уровня и уровня представления модели OSI.

Транспортный уровень обеспечивает надежность доставки пакетов данных, их целостность и порядок доставки. На этом уровне передаваемые данные разбиваются на сегменты (пакеты) и передаются на нижний уровень. После передачи пакеты собираются, и данные передают­ся на прикладной уровень. Основным протоколом этого уровня является протокол управления передачей, протокол TCP (Transmission Control Protocol). Уровень выполняет функции сеансового и транспортного уровня модели OSI.

Основным протоколом уровня межсетевых взаимодействий является протокол передачи пакетов IP (Internet Protocol). Протокол обеспечивает передачу пакетов данных в составной сети, где есть не только локальные, но и глобальные связи. На этом уровне для сбора маршрутной информации используются специальные протоколы маршрутизации. Уровень межсетевого взаимодействия соответствует сетевому уровню модели OSI.

Уровень сетевых интерфейсов определяет интерфейсы к сетям, кото­рые интегрируются в составную сеть. Включаемая сеть может использовать любую технологию. Для каждой сетевой технологии разрабатываются протоколы, по которым IP-пакеты сетевого уровня встраиваются в кадры используемых технологий. Этот уровень соответствует физическому и канальному уровням модели OSI.

Глобальная сеть интернет.

Интернет – глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир. По разным данным доступ в Интернет имеют от 15 до 30 миллионов людей в более чем 150 странах мира. Ежемесячно размер сети увеличивается на 7 – 10 процентов. Интернет образует как бы ядро, обеспечивающее связь различных информационных сетей, принадлежащих различным учреждениям во всем мире, одна с другой. Если ранее сеть использовалась исключительно в качестве среды передачи файлов и сообщений электронной почты, то сегодня решаются более сложные задачи распределения доступа к ресурсам. Интернет, служивший когда-то исключительно исследовательским и учебным группам, чьи интересы простирались вплоть до доступа к суперкомпьютерам, становится все больше популярной в деловом мире. Компании соблазняют быстрота, дешевизна, удобство для проведения совместных работ, доступные программы, уникальная база данных сети Интернет. При низкой стоимости услуг пользователи могут получить доступ к коммерческим и не коммерческим информационным службам США, Канады, Австралии и многих европейских стран. В архивах свободного доступа сети Интернет можно найти информацию по любым сферам деятельности человека, начиная с новых научных открытий до прогноза погоды на завтра.

1. История сети интернет

В 1961 году Defense Advanced Research Agency (DARPA) по заданию министерства обороны США приступило к проекту по созданию экспериментальной сети передачи пакетов. Эта сеть, названная ARPANET, первоначально предназначалась 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.

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 превратилось из экспериментальной в рабочую сеть. Ответственность за администрирование сети взяло на себя Defense Communication Agency (DCA), в настоящее время называемое Defense Information Systems Agency (DISA). Но развитие ARPANET на этом не закончилось, протоколы TCP/IP продолжали развиваться и совершенствоваться.

В 1983 году вышел первый стандарт для протоколов TCP/IP, вошедший в Military Standards (MIL STD), то есть 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 Berkley Software Design – внедрить протоколы TCP/IP в Berkley (BSD) UNIX. С этого и начался союз TCP/IP и UNIX.

Спустя некоторое время TCP/IP был адаптирован в обычный, то есть в общедоступный стандарт, и термин Интернет вошел во всеобщее употребление. В 1983 году из ARPANET выделилась MILNET, которая стала относиться к Defense Data Network (DDN) министерства обороны США. Термин Интернет стала использоваться для обозначения единой сети: MILNET плюс ARPANET. И хотя в 1991 году ARPANET прекратила свое существование, сеть Интернет существует, ее размеры намного превышают первоначальные, так как она объединила множество сетей во всем мире.

2. Средства доступа

2.1. Модемы.

Модем - это устройство, преобразующее при передачи данных дискретные (цифровые) сигналы компьютера в аналоговую форму в соответствии с принятыми в телефонии стандартами - протоколами, включая как стандарты проводных, так и сотовых радиосетей. Следует заметить что в литературе термин протокол при описании сетей и коммуникационных систем часто используется в различном контексте. Однако в любом случае протокол - это описание способа преобразования информации для ее передачи про сетям, а так же вид дополнительно используемой служебной информации.

При описании работы с модемом используются следующие группы протоколов:

Протоколы работы модема, в том числе:

а) Протоколы допускающие обмен данными только между компьютерами.

б) Протоколы допускающие обмен данными как между компьютерами, так

и между компьютером и различными факсимильными устройствами.

Протоколы передачи данных.

Протокол доступа в Internet.

Межкомпьютерный обмен данных с помощью модема может производиться

тремя способами:

Прямой обмен данными между двумя «обычными» компьютерами,

компьютером и BBS.

Обмен информацией с использованием средств Internet.

Промежуточная ситуация - обмен через почтовый сервер, который может использовать оба эти способа.

Также модемы используют протоколы коррекции и обнаружения ошибок, которые позволяют выявлять искаженные данные, а в некоторых случаях даже вычислять исходные данные без повторной их передачи. После выбора протокола модуляции аналогичным способом подключаются алгоритмы обнаружения и коррекции ошибок. Вот некоторые из них: MNP уровней 1,2,3 и 4; V.42 также известный как LAPM. Порядок применения этих протоколов следующий: V.42, MNP4, MNP3, MNP2 и MNP1. Использование модемом протоколов обнаружения и коррекции ошибок не позволяет на более высоких уровнях совсем отказаться от применения протоколов коррекции ошибок.

2.2. Линии Т1/Т3.

Линии Т1/Т3 традиционно применяются для соединения двух значительно удаленных локальных сетей. Данные по Т1 проходят со скоростью 1,54 Мбит/с, а по Т3 - 44,76 Мбит/с. Линия Т1 состоит из 24 каналов по 64 Кбит/с, их можно использовать для разных целей. Например, по одним может проходить цифровая информация, а по другим голосовую или какую-либо еще, в том числе графику и видео. В настоящее время линии Т1 используются для подключения серверов Интернета и поставщиками услуг, особенно небольшими организациями, содержащие свои собственные Web-узлы.

2.3. Спутники

Попытки расширить канал доступа в Internet зашли достаточно далеко, буквально «до небес». Технология спутниковых сетей «шагнула» от лабораторных образцов в коммерческих сетей.

Компания Hughes Systems запустила проект под названием DirectPC. Система DirectPC требует небольшой спутниковой антенны, которая кабелем подключается к адаптеру, устанавливаемого в ISA слот компьютера. Обеспечиваемая скорость приема данных - 11,7 Мбит/с (пропускная способность транспондера). Пропускная способность, которую реально получит потребитель, определяется популярностью системы, т.е. числом пользователей на один транспондер. Компания Hughes утверждает, что их системы обеспечивают каждому пользователю скорость 400 Кбит/с. Для DirectPC как и для некоторых кабельных систем, необходимо наличие обычного модема, через который посылаются запросы DirectPC. Результат - асимметричная сеть, где скорость передачи в одном направлении значительно отличается от обратной; она подходит для асимметричных приложений, например путешествия по Web. А программы для которых необходима высокая пропускная способность в обоих направлениях, например видеоконференции и базовые услуги телефонии, не смогут работать с этой системой. Стоимость услуг зависит не от длительности соединения, а от объема передаваемых данных.