Тема 23: Локальные и глобальные компьютерные сети.

1.     Понятие компьютерной сети

2.     Структура компьютерной сети

 

 1. Основные элементы локальной сети

2. Средства объединения компьютеров в сети

 

1. Адресация в локальных сетях

2. Управление сетью

 

 1 Основные характеристики сети.

2.Сервисы локальной сети

 

1. Понятие компьютерной сети

Впервые необходимость обмена цифровыми данными возникла в середине 1960-х гг., тогда громоздкие компьютеры появились во всех крупных научных центрах и университетах. Разработка сложной техники: сверхзвуковых самолетов, ракет, космических аппаратов; создание глобальных моделей климата; расчет последствий ядерных взрывов или ядерной войны; зарождение генной инженерии; технологии проектирования и производства больших интегральных схем требовали объединения усилий тысяч ученых, инженеров, технологов.

Между компьютерами перемещали носители с записанными на них информацией. Сначала бумажные носители (перфокарты, перфоленты), затем магнитные носители (ленты, пакеты дисков — прототип современных винчестеров, дискеты). Позднее появились оптические носители (CD, DVD, Blu-Ray), переносные винчестеры, «чисто электронные» носители — флеш-карты памяти. Объемы хранимой на носителях информации постоянно растут. Они широко используются для хранения информации, но перемещение носителей применительно к обмену данными имеет существенные недостатки. Требуются собственно носитель и устройства записи-чте- ния с него, тратится время на запись и считывание информации с носителя. Носители перемещает пользователь — человек, скорость обмена информацией низкая. Велика вероятность потери и повреждения носителя, следовательно, потери информации.

Появление ноутбуков, сотовых телефонов со встроенными модемами, карманных персональных коммуникаторов (все выполняют роль терминалов) позволяет пользователю не устанавливать и не хранить «у себя в каждом доме» прикладные программы, а использовать их сетевые версии, данные также получать из сети и хранить в сети.

Первые попытки создания локальной сети из двух компьютеров путем соединения их через специализированное устройство сопряжения. Способ сопряжения был узкоспециализированным, создаваемым специально для каждой пары компьютеров. Соединять между собой можно было только определенные типы компьютеров с однотипным программным обеспечением.

К середине 1980-х гг. появились условия для создания локальных сетей, ставших основой для сетей глобальных. Были разработаны большие и сверхбольшие интегральные схемы, компактные винчестеры; созданы малогабаритные дешевые компьютеры, заменившие на рабочих местах терминалы и реально ставшие однопользовательскими, персональными. Сформированы и утверждены стандартные соглашения (протоколы) и технологии построения локальных сетей. Стандартизованы требования к линиям связи и устройствам сопряжения, которые вошли в состав каждого компьютера в виде сетевого адаптера, сетевой карты или модема. Персональные компьютеры начали использоваться во всех сферах деятельности человека.

Определение сети компьютеров дано в Федеральном законе от 27 июля 2006 г. № 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации». Статья 2 «Основные понятия, используемые в настоящем Федеральном законе» гласит (п. 4): «информационно-телекоммуникационная сеть — технологическая система, предназначенная для передачи по линиям связи информации, доступ к которой осуществляется с использованием средств вычислительной техники». В определении имеются три квалифицирующих признака — использование компьютеров или иных устройств, ими управляемых, наличие линии связи для передачи информации, присутствие телекомму- никационной аппаратуры, которая в сочетании с линиями связи и образует единую технологическую систему для передачи информации.

На информационно-телекоммуникационную сеть (далее — просто сеть) возлагается решение следующих задач:

обмен цифровыми данными, необходимыми для функционирования сети (адреса, контрольные данные, сведения об установлении соединения и т.п.);

совместное использование аппаратных, программных и информационных ресурсов одного удаленного компьютера многими пользователями;

удаленная работа на «чужом» компьютере со своего рабочего места, включая настройку, запуск и исполнение любых программ;

пересылка текстовых сообщений;

пересылка контейнеров с информацией различного типа (файлов);

создание хранилищ информации для коллективного доступа;

«человеческое общение» — компьютерные: почта, телефон, телеграф, конференции и т.п.

 

2.Структура компьютерной сети

По размеру охватываемой территории различают следующие сети:

малые локальные или домашние (радиус от нескольких метров до десятков метров);

локальные (радиус от сотен метров до нескольких десятков километров);

распределенные (радиус от сотен до нескольких тысяч километров);

глобальные (охватывающие несколько или все континенты земного шара).

Распределенная или локальная сеть, имеющая одного хозяина или единого владельца, называется корпоративной.

Структура локальных сетей может быть различна:

Линейная шина — все компьютеры подключены к одной линии связи (рис. 1.), при наличии повреждений в которой сеть перестает работать. В настоящее время линейная шина применяется редко, в основном при малом количестве компьютеров.

 

Рис. 1. Линейная шина

 

 

 

Недостаток — низкая защищенность. На вход сетевого адаптера или сетевой карты каждого компьютера независимо от того, включен он или нет, участвует в сетевом обмене или нет, поступает вся информация, передаваемая по сети.

Кольцо соединяет все компьютеры друг с другом последовательно (рис. 2). При наличии повреждений сеть либо перестает работать целиком, либо «разваливается» на отдельные работающие сектора. В настоящее время кольцевая структура сети применяется редко, поскольку, как и линейная шина, не обеспечивает должной безопасности. Любой из включенных компьютеров может «прослушивать» всю информацию, передаваемую по сети.

         Полносвязная сеть (рис. 3.) строится по принципу соединения компьютеров «каждый с каждым» потенциальным клиентом. При простоте структуры, а следовательно и кажущейся легкости в управлении, полносвязная сеть требует большого количества линий связи и значительного числа сетевых портов в каждом компьютере. Сеть оказывается громоздкой и дорогостоящей, вследствие чего применяется не часто. Полносвязные сети используются на очень загруженных информационных «перекрестках» глобальных сетей, где один сервер работает «на грани срыва». Соединение нескольких   близко   расположенных   серверов в полносвязную сеть значительно повышает пропускную способность на этом информационном перекрестке.

Распределенная звезда (рис. 4). В центре расположено пассивное (неуправляемое программно) устройство коммутации — концентратор, исключающий попадание передаваемой информации «в чужие руки», т.е. на компьютер, не участвующий в данный момент в информационном обмене.

Звезда — наиболее распространенная в настоящее время структура локальных сетей. В центре структуры расположено активное (управляемое программно) устройство коммутации — сервер (рис. 5).

 

 

 

 

        

 

                    

Рис. 2. Кольцо                         Рис.3. Полносвязная сеть

 

 

Рис. 4. Распределенная звезда

        

Рис. 5. Звезда

 

 

 

1. Основные элементы локальной сети  

 

Сервер — компьютер, «руководящий обслуживанием» в сети с помощью своих устройств, программ и данных, предоставляющий другим компьютерам (рабочим станциям сети, клиентам) услуги по связи, получению, пересылке и обработке информации, а также совместно используемые ресурсы.

Строго говоря, сервером называется программа, устанавливаемая на компьютер для обслуживания совместной работы в сети других компьютеров. Но поскольку через подобный компьютер «протекает» большое количество информации, его аппаратную часть стараются сделать более мощной. Увеличивают объемы оперативной и дисковой памяти, применяют более быстродействующие процессоры, устанавливают либо несколько обычных сетевых карт, либо сетевые устройства: коммутаторы (свитчи), маршрутизаторы (роутеры). По этой причине сервером называют и компьютер, «руководящий обслуживанием» в сети. Обычно сервер работает круглосуточно для обеспечения бесперебойного доступа к размещенной на нем информации.

Рабочая станция, или хост (host), — компьютер, подключенный к сети и имеющий в сети собственный адрес. Это может быть как сервер, так и клиентский компьютер.

Клиент — компьютер в локальной сети, на котором пользователь запускает прикладные программы и с которого обращается к серверу за обеспечением связи с другими компьютерами и доступом к сетевым ресурсам (файлам, программам и устройствам). В отличие от сервера клиент хотя и подключен физически к сети, в отдельные моменты времени может быть логически (программно) отключен от нее. Еще одно отличие — у клиента в разные моменты времени может быть как постоянный, так и разный (меняющийся в каждом сеансе работы в сети) адрес.

Кроме основных действующих лиц (клиентов, серверов), в сети имеется много других служебных устройств, с которыми пользователь непосредственно не работает, но от которых серьезно зависит и скорость работы в сети, и ее безопасность. Поэтому пользователь должен знать, какие устройства можно установить самостоятельно для усиления защищенности своего компьютера или сегмента сети, если они отсутствуют на участке: компьютер пользователя — сервер провайдера.

Повторитель (repeater) — устройство в сети, позволяющее восстановить амплитуду и мощность предаваемого сигнала, которые уменьшаются вследствие наличия потерь в линиях связи.

Концентратор (concentrator), или хаб (hub), — многовходовый (или многопортовый) повторитель, позволяющий обслуживать сразу несколько компьютеров в сети.

Мост (bridge) — программное или аппаратное средство для преобразования информации при обмене ею между однотипными сетями или их частями (логическими сегментами). Коммутатор, или свитч (switch, switching hub), — коммуникационное устройство, в котором возможна параллельная независимая обработка информации, поступающей на разные порты (входы). Это отличает его от моста, где информация, поступающая с разных портов, обрабатывается

друг за другом (последовательно).

Маршрутизатор (router)—комплекс   программных и аппаратных средств, обеспечивающих в сети передачу по назначению (по заданному маршруту) пакетов данных и разделяющий информационные потоки отдельных частей сети друг от друга.

Шлюз (gateway) — устройство для соединения разнотипных сетей, работающих с отличающимся сетевым программным обеспечением и по разным протоколам.

Средства объединения компьютеров в сети

Для работы в сети пользователю необходимы три компоненты.

 

Аппаратное обеспечение.

Кроме собственно компьютера, модем (или сетевая карта для локальной сети), при необходимости коммуникационные устройства, перечисленные выше, и линия (канал) связи.

Программа-обозреватель, обслуживающая работу в сети, почтовая программа и т.п. Наиболее популярные обозреватели: Internet Explorer (устанавливаемый вместе с операционной системой семейства Windows), Mozilla FireFox, Google Chrome, Opera. Основное назначение обозревателей — скачивание с соответствующего сервера и правильное отображение веб-документа с заданным пользователем URL-адресом, перемещение по страницам, сохранение документа или выделенных фрагментов, сохранение полного доменного адреса сервера или URL-адреса документа в специальной папке Избранное.

Юридический договор о предоставлении услуг по доступу и работе в сети на определенных условиях. Договор заключается с организацией, предоставляющей подобные услуги. В ряде стран, в том числе и в России, это — провайдер.

Провайдер — юридическое лицо, компания или индивидуальный предприниматель, оказывающие услуги связи на основании лицензии; поставщик информационных услуг и доступа к распределенной или глобальной сети, а также связи через нее с государственными органами, частными компаниями и отдельными пользователями.

Если вы пользуетесь кабельными или телефонными сетями, то заключается двусторонний договор в письменном (бумажном) виде. При использовании интернет-карт пользователь также заключает с момента покупки карты односторонний договор с провайдером, что оговорено в Гражданском кодексе РФ. Желательно до покупки карты на сайте провайдера ознакомиться с типовым договором, а после ее покупки — учитывать требования договора при работе в сети, смене программного обеспечения, замене модема или схемы подключения.

Для локальных корпоративных сетей наличие договора необходимо только сторонним пользователям этой сети, не являющимся сотрудниками учреждения.

При создании сети или подключении к имеющейся сети пользователь должен выбрать способ подключения своего компьютера, необходимое аппаратное и программное обеспечение.

В простейшем случае, когда требуется соединить два близко расположенных компьютера с целью переноса данных в виде файлов, можно обойтись без приобретения модема или сетевой карты. Если на обоих компьютерах имеются LPT-порты (параллельные порты, к которым раньше подключали принтеры), то достаточно изготовить или приобрести нуль-модемный кабель с соответствующими разъемами. Компьютеры соединяются с помощью такого кабеля. Для работы сети необходима DOS (дисковая операционная система) и файловый менеджер. Чтобы не устанавливать DOS на компьютеры, можно разместить ее на флешкарте или дискете вместе с файловым менеджером. Вместо DOS можно использовать FreeDos, а в качестве менеджера — FAR. Включив компьютер и загрузив DOS с дискеты, запускают файловый менеджер. В его настройках указывают, какой из

компьютеров будет ведущим (с него будут передаваться данные), а какой — ведомым (будет принимать данные). Теперь минисеть готова к копированию файлов.

У современных компьютеров есть USB-порты; копировать файлы с компьютера на компьютер проще с помощью флеш-носителей.

Соединить между собой пару современных компьютеров можно через сетевые адаптеры (сетевые карты), встроенные в большинство интегрированных материнских плат. Для соединения компьютеров потребуется так называемый перекрестный кабель соответствующей длины с универсальными евроразъемами типа RJ-45 или подобными. Подключив кабель и включив компьютер, загружают операционную систему Windows. В окне Панель управления находят и запускают Мастер создания сетевого подключения, с помощью которого в диалоге устанавливают настройки сети.

Для создания локальной сети с большим количеством компьютеров или при подключении к глобальной сети следует выбрать (если возможно) тип линии связи, так как она сильно влияет на пропускную способность. Системная шина современных компьютеров работает на частоте 833 МГц, но не все линии связи способны передавать сигналы с такой частотой. В этих случаях сигналы придется преобразовывать на обоих концах линии связи. На рис. 10.6 сопоставлены частотные диапазоны разных типов линий связи.

Обычная телефонная линия предназначена для передачи аналоговых сигналов звуковой частоты (тональный телефон), поэтому скорость передачи данных не превышает 56 Кбит/с. Устанавливать на ее концы более скоростные модемы явно не рационально.

Повысить скорость передачи по телефонному кабелю возможно при переходе с аналогового сигнала на цифровой. Сделать это позволяют разные модификации технологии

*DSL, повышая усредненную скорость передачи до 128— 256 Кбит/с. Следует помнить, что хотя технологии *DSL позволяют работать «поверх» обычного тонального телефона (и телефон, и Интернет могут работать одновременно), они не обеспечивают симметричной скорости работы в сети. Обращение пользователя к провайдеру идет с более низкой скоростью (от 16 Кбит/с до 1 Мбит/с), ответ сети — от 1,5 до 6 Мбит/с. Эта ситуация не должна пугать пользователей, ведь объем запросов всегда в несколько раз меньше, чем поток данных, получаемый из сети.

 

Адресация в локальных сетях

 

Для связи компьютеров между собой необходимо, как в обычной почтовой или телефонной связи, различать компьютеры, работающие в сети, — кто посылает запрос-сообщение, кто отвечает, откуда взять информацию для ответа. Чтобы не запутаться «в сетях», компьютерам присваивают собственные имена и адреса.

 

Сетевые имена компьютеров используются только в локальных сетях (хотя могут применяться и в корпоративных) для доступа к конкретному ресурсу (логическому диску, сетевой папке, подключенному периферийному устройству). Строка-запись следующего вида: \\server \share — шаблон имени одного конкретного сетевого ресурса.

Символы \\ служат признаками локального сетевого имени. Слово server обозначает собственно сетевое имя компьютера, в качестве которого может использоваться произвольный набор символов. Разделитель \ помогает указать на имя конкретного сетевого ресурса. Слово share обозначает условное имя конкретного ресурса, обычно имя локального или сетевого диска (но без указания двоеточия на конце), имя папки, имя периферийного устройства — принтера, сканера, факса.

Например: \\pravo\f

или \\5-107-14\LaserJet4L или \\ucheba\z

или \\3-230-4\d\Klimov\108 Сидоров

Для того чтобы подключить или отключить сетевой ресурс, необходимо выбрать пункт контекстного меню объекта Мой компьютер на Рабочем столе (рис. 1.1).

В окне диалога Подключение сетевого диска в поле Диск выбрать условное имя, под которым подключаемый сетевой ресурс будет виден на компьютере, в поле Папка ввести имя подключаемого сетевого ресурса.

 

 

Рис. 1.1. Подключение сетевого диска

 

При необходимости можно разрешить в дальнейшем автоматически Восстанавливать

при входе в систему данный сетевой ресурс. Современные операционные системы позволяют осуществлять Подключение (сетевого ресурса) под другим именем. Например, войти в систему под именем Student, а подключить сетевой ресурс от имени Administrator. Если подключение осуществляется под другим именем, необходимо ввести пароль, которым Administrator защитил доступ к этому ресурсу.

Отметим, что с использованием одного сетевого имени нельзя подключиться к компьютеру в целом (сразу ко всем его доступным, разрешенным для работы в сети ресурсам), если не указано имя ресурса. При наличии на одном компьютере нескольких доступных (share — «расшаренных») для работы в сети ресурсов подключение к каждому из них должно осуществляться отдельно. Допустим и противоположный вариант — подключение нескольких пользователей (компьютеров) к одному сетевому ресурсу.

В качестве сетевых ресурсов могут выступать логические устройства внешней памяти (диски) и папки, для которых администратор или их владелец разрешили общий (сетевой) доступ. Папки, в отличие от дисков, представляют собой специализированные файлы с атрибутом FLDR; могут выступать в роли сетевых ресурсов. Все файлы других типов не могут подключаться как сетевые ресурсы.

 

Управление сетью

 

Сетевые службы, предназначенные для управления сетью, входят в состав практически всех широко распространенных операционных систем. Это позволяет построить одноранговую сеть (распределенная звезда) без сервера, в которой все компьютеры равноправны. После соединения компьютеров с помощью витой пары через концентратор или коммутатор и задания сетевых параметров на каждом компьютере (включая сетевые имена и права доступа к ресурсам) сеть готова к работе. Несмотря на равноправие как компьютеров, так сетевых ресурсов (предполагается, что они все имеют одинаковые права доступа) в одноранговой сети, остается неравенство прав при работе с файлами.

Это свойство заложено в операционные системы — только одна копия открытого файла доступна для полноценной работы. Если с общего сетевого ресурса несколько пользователей открыли один файл для работы, то только пользователь, первый обратившийся к этому файлу, будет иметь возможность для полноценной работы с ним. Остальные пользователи будут работать с этим файлом в режиме только чтение. При работе с одним документом пользователям фактически предлагается редактировать его по очереди.

Ликвидировать неравенство пользователей возможно, но чтобы «обойти» это неприятное свойство операционной системы, следует либо нарушить равенство компьютеров в сети, либо «научить» прикладные программы автоматически учитывать интересы нескольких пользователей. Примером последнего варианта служит система управления база- ми данных Access из пакета прикладных программ Microsoft Office. Одна база допускает одновременную работу с равными правами для нескольких пользователей.

В первом варианте неравенство вносится в структуру сети, наделяя один из компьютеров (точнее программу, установленную  на  нем)  бо´льшими  правами.  Речь  идет  о  переходе к структуре сети «звезда» с выделенным компьютером — сервером. Применительно к программному обеспечению также

необходимо перейти на клиент-серверную технологию, чтобы полностью реализовать равенство всех пользователей в сети. Большинству пользователей с разным уровнем компьютерной квалификации осуществить такой переход (точнее, создание заново сети) вряд ли удастся. Как правило, выделяют одного специально подготовленного квалифицированного пользователя (реже группу) для решения всех сетевых проблем. Этот привилегированный пользователь, которого называют администратором сети, или системным администратором, поддерживает нормальную работу

сети и отвечает за ее безопасность.

Обязанности системного администратора очень широки: установка новых аппаратных и программных компонент в сети, их настройка; устранение несовместимости, конфлик- тов, сбоев в работе; контроль за работой пользователей; резервное копирование важной информации; резервное копирование и восстановление после сбоев операционной системы; защита от действия вредоносных программ и атак злоумышленников; планирование возможного масштабирования (расширения, развития) сети.

Системный администратор учитывает множество параметров компьютеров, коммуникационной аппаратуры, программного обеспечения.

Основные характеристики сети

Пропускная способность (пиковая нагрузка) линий связи и коммуникационного сетевого оборудования, измеряемая, как и для линий связи и модемов количеством бит, переданных в секунду. Именно бит, а не байт, так как обычно данные в сетях передаются последовательно, бит за битом. Еще одна особенность этого параметра — количество бит не привязано к объему какой-либо памяти, поэтому оно представляется в десятичной системе счисления. Поэтому производные единицы пропускной способности получаются с помощью коэффициента, равного 1000:

1 Кбит/с = 1000 бит/с.

Общий объем (интегральная нагрузка) передаваемой по сети информации за определенный достаточно протяженный период (день или месяц) — трафик (нагрузка, создаваемая потоком вызовов, сообщений и сигналов, поступающих на средства связи) (Федеральный закон от 7 июля 2003 г. № 126-ФЗ «О связи» в ред. от 23 июля 2013 г.).

Максимальное количество пользователей, одновременно работающих в сети.

Количество установленных в сети серверных программ, определяющих, какие сервисы могут быть доступны пользователям сети. Именно программ, так как все они могут быть установлены на одном компьютере-сервере. Например, операционная система — сервер Windows 2008 Server, почтовый сервер, файловый сервер, веб-сервер.

Сервисы локальной сети

В одноранговой локальной сети нет компьютера, на котором установлена сетевая операционная система, управляющая работой сети (нет сервера). Сетью управляют сетевые службы, входящие в состав операционных систем, установленных на компьютерах. Поэтому и сервис фактически один — работа с объектами файловой системы: файлами и папками. Крайне нежелательно при работе с сетевыми ресурсами подавать команды Переместить или Удалить объекты с такого компьютера. В результате выполнения команд объекты будут удалены с сетевого ресурса, минуя Корзину, расположенную на этом компьютере. А если команда подана ошибочно? Если во время перемещения объекта по сети произошел сбой? Восстановить утерянную информацию штатными средствами операционной системы, скорее всего, не удастся. Удаление лучше проводить непосредственно на том компьютере, на котором и находится сетевой ресурс. А команду перемещения лучше заменить двумя: копировать данные с сетевого ресурса и, только убедившись, что копирование прошло полностью и корректно, осуществить удаление.

По умолчанию на удаленном компьютере нельзя запускать исполняемые файлы. Предположим пользователь компьютера А1 обращается по сети к компьютеру В1, на одном из доступных сетевых ресурсов которого находится исполняемый файл Book.exe, и пытается запустить его. Файл копируется с В1 на А1 и запускается (исполняется) на компьютере А1. Чтобы файл Book.exe исполнялся на «родном» компьютере В1 по команде пользователя компьютера А1, необходимо изменить настройки для В1. Это может сделать либо владелец компьютера В1, либо сетевой администратор, разрешив не просто подключение к определенному сетевому ресурсу, а еще дав разрешение на удаленную работу с этим компьютером.

Расширить список сервисов одноранговой сети можно, установив на один или несколько компьютеров соответствующие серверные программы, т.е. превратив отдельный компьютер (компьютеры) в серверы. Например, почтовый сервер, веб-сервер, сервер системы электронного документооборота, SQL-сервер и т.п.

Локальная звезда отличается от одноранговой сети наличием компьютера (сервера), на котором установлена и запущена сетевая операционная система, управляющая работой всей сети. Это позволяет проводить на сервере аутентификацию пользователей — проверку того, кто из пользователей, Сидоров или Абрамов, пытается работать за компьютером А1. В одноранговой сети аутентификация проводилась на каждом локальном компьютере и оба пользователя и Сидоров, и Абрамов были «привязаны» к А1. В сети «звезда», если создать учетные записи (профили) для Сидорова и Абрамова на нескольких компьютерах сети, то они смогут «пересаживаться» с компьютера А1 на другие рабочие места.

Для расширения списка сервисов, как и в одноранговой сети, требуется установка соответствующих дополнительных серверных программ. В «звезде» их обычно ставят уже в имеющийся компьютер-сервер.

состав входят: информационные ресурсы, программные и аппаратные средства компьютеров, программные и аппаратные средства устройств телекоммуникации и собственно телекоммуникации (линии связи), разбросанные по всему земному шару или вынесенные за его пределы в космическое пространство. Еще одна особенность глобальной сети — непостоянство ее физической структуры: ежесекундно десятки и сотни тысяч компьютеров подключаются или отключаются от нее, изменяя схему соединений и других компьютеров, т.е. структуру всей сети. Наиболее известная глобальная сеть — Интернет (существуют и другие сети — сеть МАГАТЭ, спутниковые навигационные сети, сети сотовой связи и т.д.).