Компьютерной сетью называется. Компьютерные сети: типы, топологии и основные характеристики

Что такое компьютерная сеть. Какие бывают типы компьютерных сетей. Как классифицируются компьютерные сети по территориальному признаку. Какие существуют топологии компьютерных сетей. Каковы основные характеристики и преимущества работы в компьютерных сетях.

Что такое компьютерная сеть и зачем она нужна

Компьютерная сеть — это система связи компьютеров и компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование), предназначенная для передачи информации между ними. Главная цель создания компьютерных сетей — обеспечение пользователям возможности совместного использования ресурсов всех компьютеров, подключенных к сети.

Основные преимущества работы в компьютерной сети:

• Разделение дорогостоящих ресурсов (принтеров, сканеров и т.д.)
• Совместное использование данных и программ
• Улучшение коммуникаций (электронная почта, видеоконференции)
• Быстрый доступ к актуальной информации
• Возможность гибкого изменения конфигурации сети

Классификация компьютерных сетей по территориальному признаку

По территориальному охвату компьютерные сети делятся на три основных класса:

Локальные сети (LAN)

Локальные сети объединяют компьютеры в пределах одного или нескольких близко расположенных зданий. Характерные особенности:

• Небольшая территория (обычно в радиусе до 1-2 км)
• Высокая скорость передачи данных (до 100 Гбит/с)
• Низкий уровень ошибок передачи данных

Городские сети (MAN)

Городские сети объединяют компьютеры и локальные сети в пределах города или региона. Особенности:

• Охватывают территорию города или региона
• Скорость передачи данных ниже, чем в локальных сетях
• Используют более сложные методы передачи данных

Глобальные сети (WAN)

Глобальные сети объединяют компьютеры, расположенные в различных странах, на разных континентах. Характерные черты:

• Не ограничены в территориальном охвате
• Более низкая скорость передачи данных
• Используют сложное коммуникационное оборудование

Топологии компьютерных сетей

Топология сети — это способ соединения компьютеров в сеть. Основные виды топологий:

Шина

Все компьютеры подключены к одному общему кабелю. Преимущества — простота, недостатки — низкая отказоустойчивость.

Кольцо

Компьютеры соединены в замкнутое кольцо, данные передаются по кругу. Плюсы — равномерная загрузка сети, минусы — выход из строя одного узла нарушает работу всей сети.

Звезда

Все компьютеры подключены к центральному узлу. Достоинства — высокая надежность, недостатки — большой расход кабеля.

Ячеистая топология

Компьютеры связаны друг с другом напрямую, образуя сеть связей. Плюсы — высокая отказоустойчивость, минусы — сложность настройки.

Основные характеристики компьютерных сетей

Ключевые параметры, определяющие эффективность работы компьютерной сети:

• Пропускная способность — максимально возможная скорость передачи данных
• Надежность — способность сети работать без сбоев
• Безопасность — защищенность от несанкционированного доступа
• Масштабируемость — возможность легкого расширения сети
• Совместимость — способность работать с разным оборудованием

Сетевое оборудование

Для построения компьютерных сетей используется специальное оборудование:

• Сетевые адаптеры — для подключения компьютеров к сети
• Концентраторы — для объединения компьютеров в сеть топологии «звезда»
• Коммутаторы — для маршрутизации данных между узлами сети
• Маршрутизаторы — для соединения разных сетей
• Модемы — для подключения к глобальным сетям

Протоколы передачи данных

Протокол — это набор правил и соглашений, определяющих формат и процедуры обмена информацией между компонентами компьютерной сети. Основные сетевые протоколы:

• TCP/IP — стек протоколов, на котором построен интернет
• HTTP — протокол передачи гипертекста
• FTP — протокол передачи файлов
• POP3, IMAP — протоколы работы с электронной почтой
• Ethernet — протокол для локальных сетей

Преимущества и недостатки компьютерных сетей

Основные плюсы использования компьютерных сетей:

• Совместное использование ресурсов
• Централизованное хранение и обработка данных
• Быстрый обмен информацией
• Возможность удаленной работы

Недостатки компьютерных сетей:

• Уязвимость к вирусам и кибератакам
• Зависимость от работоспособности сетевого оборудования
• Необходимость администрирования
• Затраты на создание и обслуживание

Перспективы развития компьютерных сетей

Основные тенденции в развитии сетевых технологий:

• Увеличение пропускной способности каналов связи
• Развитие беспроводных технологий
• Внедрение облачных вычислений
• Усиление информационной безопасности
• Интеграция с технологиями искусственного интеллекта

Таким образом, компьютерные сети играют важнейшую роль в современных информационных технологиях, обеспечивая быстрый обмен данными и доступ к распределенным ресурсам. Развитие сетевых технологий открывает новые возможности для бизнеса, науки, образования и других сфер деятельности.

— 2.4.1.

2.4.1. Общая характеристика компьютерных сетей

Компьютерной сетью (КС) или сетью ЭВМ называется комп­лекс территориально рассредоточенных ЭВМ, связанных меж­ду собой каналами передачи данных и сетевым программным обеспечением в целях эффективного использования запоминаю­щей среды и вычислительных мощностей при выполнении ин­формационно-вычислительных работ. Поэтому КС можно рас­сматривать как систему с распределенными по территории аппаратными, программными и информационными ресурсами, причем технические средства определяют потенциальные, а программное обеспечение — реальные возмож-ности КС.

На особенности организации компьютерных сетей влияют базовые целевые установки создания КС. Их три:

1.  Мобилизация ресурсов на решение сложных задач.

2.  Минимизация ресурсов путем коллективного использования наиболее значимых (дорогих) из них.

3.  Интеллектуализация коммуникаций.

В общем случае КС представляется совокупностью трех вло­женных друг в друга подсистем (рис.2.3):

•   сети рабочих станций;

•   сети серверов;

•   базовой сети передачи данных.

В этой иерархии ЭВМ (далее — компьютер) приобретает но­вое название: рабочая станция, сервер, коммутационный ком­пьютер.

В частном случае КС может вырождаться в одноуровневую сеть рабочих станций (в этом случае КС называется одноранго­вой) либо двухуровневую — сеть рабочих станций с одним или более серверами. Заметим, что успехи развития КС и микро­электроники привели к тому, что любой компьютер, в том чис­ле и персональный, можно рассматривать как КС, но в мини­атюрном исполнении. 

Сеть рабочих станций — внешняя оболочка КС. Она пред­ставлена совокупностью рабочих станций и средств связи, обес­печивающих взаимодействие рабочих станций с сервером и, воз­можно, между собой. Рабочая станция (клиентская машина, рабочее место, абонентский пункт, терминал) — это компьютер, за которым непосредственно работает абонент КС.

Рис. 2.3. Обобщенная схема компьютерной сети

Сеть серверов — совокупность серверов и средств связи, обес­печивающих подключение серверов к базовой сети передачи данных. Компьютер, выполняющий общие задачи КС и предос­тавляющий услуги рабочим станциям, называют сервером.

Базовая сеть передачи данных — совокупность средств пере­дачи данных между серверами. Она состоит из каналов связи и узлов связи. Узел связи — совокупность средств коммутации и передачи данных в одном пункте. Узел связи принимает дан­ные, поступающие по каналам связи, и передает данные в кана­лы, ведущие к абонентам. Характерным примером узла связи является автоматическая телефонная станция. Заметим, что первая в мире электрическая сеть — телефонная. Именно она легла в основу базовой сети передачи данных и во многом опре­делила принципы построения КС. Базовая сеть передачи дан­ных является ядром КС, обеспечивающим объединение компь­ютеров и других устройств.

Геометрическая схема соединения (конфигурация физичес­кого подключения) узлов сети называется топологией сети. Су­ществует большое количество вариантов сетевых топологий, базовыми из которых являются шина, кольцо, звезда (рис.2.4).

1.  Шина. Канал связи, объединяющий узлы в сеть, образует ломаную линию — шину. Любой узел может (если у него есть на то разрешение) принимать информацию в любое время, а передавать — только тогда, когда шина свободна.

2.  Кольцо. Узлы объединены в сеть замкнутой кривой. Переда­ча данных осуществляется только в одном направлении. Каждый узел, помимо всего прочего, реализует функции ретран­слятора. Он принимает и передает все сообщения, восприни­мает только адресованные ему.

3. Звезда. Узлы сети объединены с «центром» лучами. Вся ин­формация передается через центр, что позволяет относитель­но просто выполнять поиск неисправностей и добавлять но­вые узлы без прерывания работы сети. Однако расходы на организацию каналов связи здесь обычно выше, чем у шины и кольца.

Рис. 2.4. Основные варианты топологии сети:

шина (а), кольцо (б) и звезда (в)

Комбинация базовых топологий — гибридная топология — обеспечивает получение широкого спектра решений, аккуму­лирующих достоинства и недостатки базовых. Например, двой­ное кольцо (при увеличении затрат на каналы связи) позволя­ет повысить надежность работы и производительность сети: Реализация звезды относительно каждого узла как центра обес­печивает связь «каждого с каждым», при этом появляется воз­можность организации альтернативных (обходных) путей между узлами.

Выбор топологии сети весьма ответственная задача, которая должна быть решена до начала проектирования и разработки KC. Изменение топологии на более поздних этапах — трудное и дорогостоящее мероприятие.

Очевидно, что в каждой подсистеме КС могут быть использо­ваны каналы связи, реализующие разные топологии и разные организационные принципы. В сети рабочих станций наиболее часто реализуются моноканалы (единственный канал), а в базо­вой сети передачи данных — поликанал (композиция монока­налов).

В настоящее время в моноканалах применяют следующие физические среды: эфир, коаксиальный кабель, волоконно-оп­тический кабель, витую (скрученную) пару и различные моди­фикации плоских кабелей.

В эфире моноканал может быть образован на различных час­тотах без применения каких-либо проводников. В зависимости от применяемой частоты сигналов различают радиоканал, инф­ракрасный, ультракоротковолновый и микроволновый каналы связи.

Каждый радиоканал образуется на определенной часто­те — несущей частоте радиосигналов — с помощью приемопере­датчиков. Радиоканал характеризуется небольшой скоростью передачи сигналов, средней стоимостью, расстояниями переда­чи в пределах радиовидимости, подверженностью всем видам радиопомех.

Инфракрасный канал удобен для передачи инфор­мации по разветвленным каналам связи в пределах прямой видимости. Он образуется с помощью инфракрасных сигна­лов, передаваемых малогабаритными передатчиками и воспри­нимаемых очень чувствительными приемниками. Благодаря инфракрасным частотам канал нечувствителен к электромаг­нитным наводкам, которые могут излучаться силовыми элек­трическими блоками, электросварочными аппаратами и дру­гими агрегатами в условиях работы в производственных по­мещениях.

Ультракоротковолновый канал использует в ос­новном ультракоротковолновую приемопередающую радио- и те­левизионную аппаратуру. Достоинством ультракоротковолново­го канала является возможность использования маломощной приёмопередающей аппаратуры, повышенная помехоустойчивость по отношению к амплитудно-модулированным электромагнитным помехам, воз-можность размещения в рамках ультракоротковол­нового канала большого числа каналов связи, то есть образования поликанала. Освоение диапазона ультракоротких волн по­зволило создать радиорелейные линии.

Рождение спутниковых систем связи полностью решило за­дачу передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Спутниковая система связи включает множество наземных станций и ретранслятор, находящийся на спутнике. Наземные станции отслеживают движение спутника относитель­но Земли до тех пор, пока он не скроется за горизонтом. Ретран­слятор спутника реализован так, что он обеспечивает многостанционный доступ (непосредственный доступ имеют сразу же несколько наземных станций). Линия связи через спутниковый ретранслятор обладает большой пропускной способностью, пе­рекрывает огромные расстояния и вследствие низкого уровня помех может передавать информацию с высокой надежностью. Дополнительные преимущества имеет связь через геостационар­ный спутник. Во-первых, высота геостационарной орбиты тако­ва, что спутник «видит» почти третью часть поверхности земно­го шара, а во-вторых, этот спутник обеспечивает передачу и прием при неподвижных антеннах наземных станций. Основной недо­статок спутниковой связи — высокая стоимость. Однако много­станционный доступ делает удельные затраты на спутниковую связь приемлемыми для практического применения.

Микроволновый канал основан на использовании света для передачи информации, причем в качестве источника информа­ции здесь применяют специальные лазеры. Передавать инфор­мацию с помощью световой несущей можно в двух средах: в ат­мосфере и по искусственному проводнику света — световоду. В атмосфере этот канал работает устойчиво в зоне прямой ви­димости. Величина «прямой видимости» существенно возрас­тает, при использовании световода. Световод — сверхпрозрач­ное стекловолокно. Его малый диаметр (тоньше человеческого волоса) позволяет упаковывать множество световодов в один кабель небольшого диаметра. Такие волоконно-оптические ка­бели прочно удерживают первенство среди высокоскоростных моноканалов. С их помощью можно передавать все виды ин­формации: речь, данные и телевизионные изображения. Они расширяют возможности и устойчивость работы микроволно­вого канала, поскольку заменяют эфир более надежной физи­ческой средой.

Современные коаксиальные кабели имеют разную конструк­цию, предусматривающую внутренний проводник и внешнюю экранирующую поверхность, благодаря которой кабель практи­чески не излучает помехи на любом расстоянии. По технико-эксплуатационным показателям различают широкополосные и узкополосные коаксиальные кабели. Они представляют собой часто используемую физическую среду передачи информации в сети рабочих станций.

Витая пара проводников — самое доступное для массового пользователя средство соединения рабочих станций. Здесь не нужно использовать дефицитные кабели и осуществлять их про­кладку в соответствии с требованиями отраслевых стандартов. Витая пара может быть просто проложена на полу либо по стене временно или постоянно. Поэтому фактическая стоимость раз­работки и эксплуатации каналов передачи данных на основе витой пары самая низкая среди остальных видов моноканалов. В витой паре улучшаются условия защиты от внешних помех по сравнению с одиночным проводником. Однако эти условия значительно хуже, чем в коаксиальных и волоконно-оптичес­ких кабелях.

Плоский кабель представляет собой совокупность проводни­ков, объединенных общей экранирующей сеткой и изолирован­ных друг от друга. Их конструкция ориентирована на передачу информации в параллельном коде по 8, 16 и 32 бита, обычно на небольшие расстояния (до 15 м).

Подключение компьютера к сети несколько напоминает под­ключение электрического прибора (телевизора, холодильника, утюга и пр.) к электрической сети. Компьютер тоже является электрическим прибором, поэтому в сеть питания он включает­ся с помощью розетки и вилки, но «розетка и вилка» нужны компьютеру и для включения в КС. Однако эти «розетка и вил­ка» не столь просты, как электрические. Для эксплуатации эфира необходимы приемники и передатчики, а для работы с коакси­альными, волоконно-оптическими кабелями и витой парой (ко­торые наиболее часто используются для организации сети рабо­чих станций) помимо специальных приемников и передатчиков нужны еще и тройники-ответвители.

Базовые принципы организации КС определяют ее основные характе-ристики: 

•   операционные возможности;

•    производительность;

•    время доставки сообщений;

•    стоимость предоставляемых услуг.

Операционные возможности — перечень основных действий по обработке данных. Компьютеры, входящие в состав КС, обес­печивают пользователей всеми традиционными видами обслу­живания: средствами автоматизации программирования, досту­пом к пакетам прикладных программ, базами данных и однако основной эффект от объединения компьютеров в КС проявляет­ся в полной доступности ресурсов сети для пользователей (або­нентов). Абоненты сети имеют возможность использовать па­мять и процессоры многих компьютеров для хранения и обработки данных. Предоставляемая КС возможность параллель­ной обработки данных многими компьютерами и дублирования необходимых ресурсов позволяет сократить время решения за­дач, повысить надежность системы и достоверность результа­тов. Абонентам КС доступны сосредоточенные в каждом компь­ютере программное обеспечение и базы данных. Пользователи сети имеют возможность построения распределенных баз дан­ных, размещенных в памяти многих компьютеров, создания сложных информационных структур. Информационные связи между абонентами позволяют коллективам пользователей ре­шать задачи моделирования сложных систем, выполнять проек­тные и другие работы, опираясь на распределенное между мно­гими компьютерами программное обеспечение и базы данных. Эти же связи, очевидно, снижают защищенность программного обеспечения и баз данных от несанкционированного воздействия.

Таким образом, сетевая обработка данных — качественно новая организация обработки, при которой, с одной стороны, в значительной степени увеличивается предел сложности и ско­рость решения задач, требующих участия больших коллективов работников, и, с другой стороны, снижается ворог конфиденци­альности хранящейся в КС информации.

Производительность КС (по отношению к задаче) представ­ляет собой суммарную производительность компьютеров, уча­ствующих в решении задачи пользователя. При этом обычно производительность компьютеров означает номинальную произ­водительность их процессоров.

Время доставки сообщений определяется как статистическое среднее время от момента передачи сообщения в сеть до момен­та получения сообщения адресатом.

Понятие «стоимость предоставляемых услуг» вводится здесь без комментариев.

Раздел 4. Компьютерные сети. — Информатика

Компьютерная сеть (Computer NetWork) – это совокупность компьютеров и других устройств, соединенных линиями связи и обменивающихся информацией между собой в соответствии с определенными правилами – протоколом. Протокол играет очень важную роль, поскольку недостаточно только соединить компьютеры линиями связи. Нужно еще добиться того, чтобы они «понимали» друг друга. Основная цель сети – обеспечить пользователей потенциальную возможность совместного использования ресурсов сети. Ресурсами сети называют информацию, программы и аппаратные средства. Преимущества работы в сети: Разделение дорогостоящих ресурсов – совместное использование периферийных устройств (лучше и дешевле купить один дорогой, но хороший и быстродействующий принтер и использовать его как сетевой чем к каждому компьютеру покупать дешевые, но плохие принтеры), разделение вычислительных ресурсов (возможность использования удаленного запуска программ). Совершенствование коммуникаций (доступ к удаленным БД, обмен информации) улучшение доступа к информации свобода в территориальном размещении компьютеров Физическая среда передачи данных – может представлять собой кабель, т.е набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на: Проводные (воздушные) Кабельные Радиоканалы наземной и спутниковой связи Телефонные или телеграфные линии – провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. Плохое качество связи В компьютерных сетях используют три основных типа кабеля: Витая пара (экранированная и неэкранированная) Коаксиальный кабель Оптоволоконный беспроводные линии связи Wi-Fi IrDa Наиболее перспективным в настоящее время – оптоволокно. Классификации сетей:  1. По территориальному признаку                Локальные сети LAN Городские (региональные) MAN Глобальные сети WAN Сети компьютеров сосредоточены на небольшой территории (обычно в радиусе 1-2 км). Обычно локальная сеть принадлежит одной организации.  Из-за коротких расстояний имеется возможность использовать относительно дорогие высококачественные линии связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с (мегабит) Промежуточное положение между л.с и г.с. Обладают качественными линиями связи, скорость обмена иногда даже выше чем в классических локальных сетях Объединяют компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров. Часто используют не очень качественные линии связи. Более низкие, чем в локальных сетях скорость передачи данных десятки килобит в секунду Для устойчивой передачи данных применяются более сложные методы и оборудование 2. По типу функционального взаимодействия Точка — точка Сеть точка-точка — простейший вид компьютерной сети, при котором два компьютера соединяются между собой напрямую через коммуникационное оборудование. Достоинством такого вида соединения является простота и дешевизна, недостатком — соединить таким образом можно только 2 компьютера и не больше. Часто используется когда необходимо быстро передать информацию с одного компьютера, например, ноутбука, на другой. Технология «клиент-сервер» Клиент-сервер (Сlient/Server) — сетевая архитектура, в которой устройства являются либо клиентами, либо серверами. Клиентом (front end) является запрашивающая машина (обычно ПК), сервером (back end) — машина, которая отвечает на запрос. Оба термина (клиент и сервер) могут применяться как к физическим устройствам, так и к программному обеспечению. Сеть с выделенным сервером (Сlient/Server network) — это локальная вычислительная сеть (LAN), в которой сетевые устройства централизованы и управляются одним или несколькими серверами. Индивидуальные рабочие станции или клиенты (такие, как ПК) должны обращаться к ресурсам сети через сервер(ы). Одноранговая сеть Одноранговые, децентрализованные или пиринговые (peer-to-peer, P2P — равный с равным) сети — это компьютерные сети, основанные на равноправии участников. В таких сетях отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) является как клиентом, так и сервером. В отличие от архитектуры клиент-сервер, такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов. 3. По топологии физических связей – по способу соединения компьютеров между собой Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (а иногда и другое оборудование), а ребрами — физические связи между ними. Полносвязная топология – каждый компьютер связан со всеми остальными. Громоздкий и неэффективный вариант, т.к. каждый компьютер должен иметь большое кол-во коммуникационных портов. Ячеистая топология – получается из полносвязной путем удаления некоторых связей. Непосредственно связываются только те компьютеры,  между которыми происходит интенсивный обмен данными. Даная топология характерна для глобальных сетей Общая шина – до недавнего времени самая распространенная топология для локальных сетей. Компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю. Дешевый и простой способ, недостатки – низкая надежность. Дефект кабеля парализует всю сеть. Дефект коаксиального разъема редкостью не является Кольцевая топология – данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, если компьютер распознает данные как свои, он копирует их себе во внутренний буфер. Топология Звезда – каждый компьютер отдельным кабелем подключается к общему устройству – концентрат (хаб). Главное преимущество перед общей шиной – большая надежность. Недостаток – высокая стоимость оборудования и ограниченное кол-во узлов в сети (т.к. концентрат имеет ограниченное число портов) Иерархическая Звезда (древовидная топология, снежинка) – топология типа звезды, но используется несколько концентратов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда. Самый распространенный способ связей как в локальных сетях, так и в глобальных. Выбор топологии электрических связей существенно влияет на многие характеристики сети. Например, Наличие резервных связей повышает надежность сети. Организация совместного использования линий связи Только в сети с полносвязной топологией для соединения каждой пары компьютеров имеется отдельная линия связи. Во всех остальных случаях возникает вопрос о том, как организовать совместное использование линий связи несколькими компьютерами. В вычислительных сетях используют как индивидуальные линии связи между компьютерами, так и разделяемые, когда одна линия связи попеременно используется несколькими компьютерами. Существуют различные технологии организации сети: Ethernet – (эзернет) – это наиболее популярная сетевая технология, используемая для создания локальных сетей. Основной принцип, положенный в основу – случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использоваться коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны. Топология электрических связей – общая шина. Суть метода случайного доступа в следующем – передающий информацию компьютер вначале убеждается, что сеть свободна, потом передает информацию. Ее принимают все другие компьютеры. Если информация предназначена им (они анализируют адрес назначения), то они ее копируют. Главное достоинство сети Ethernet – экономичность – достаточно иметь сетевые адаптеры на компьютерах и кусок коаксиального кабеля. Token Ring – кольцевая сеть, каждый узел кольца ожидает прибытие пакета информации адресованного ему. Однако в последние годы наметилась тенденция отказа от разделяемых сред передачи данных. Это связано с низкой производительностью таких сетей. Компьютеры подключаются индивидуальными линиями связи к специальному устройству — коммутатору. Следует подчеркнуть, что связи между компьютерами остаются разделяемыми. В глобальных сетях отказ от разделяемых линий связи объясняется техническими причинами: компьютеры могут затратить больше времени на переговоры о том, кому сейчас можно использовать линии связи, чем непосредственно на передачу данных по линии связи. Логическая структуризация сети Для организации локальной сети с небольшим количеством компьютером (10-30) чаще всего используется одна из типовых топологий (общая шина, кольцо, звезда или полносвязная сеть). Данные топология обладают свойством однородности – все компьютеры обладают одинаковыми правами в отношении доступа к другим компьютерам (за исключениям центрального компьютера при соединении звезда). Однородность структуры позволяет легко увеличивать число компьютеров, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети. Однако данные типологии обладают и рядом недостатков: имеются ограничения на  Длину связи между двумя узлами На количество узлов в сети На интенсивность трафика Для снятия этих ограничений используется специальные методы структуризации сети и специальное структурообразующее оборудование – повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Данное оборудование называется коммуникационным, с его помощью отдельные сегменты сети взаимодействуют друг с другом. Физическая структуризация сети Повторитель – простейшее коммуникационное устройство, используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель улучшает качество передаваемого сигнала (восстановление мощности, амплитуды сигналов и пр.) Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, часто называют концентратором или хабом. Добавление в сеть концентратора всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменений ее логическую топологию. В большой сети (необязательно глобальной) возникает необходимость логического разделения потока информации – нет необходимости передавать информацию на всю сеть и тем самым занимать ее. Потоки информации часто можно логически разделить. Распространение информации, которая предназначена для некоторой группы компьютеров, только в пределах данной группы называется локализацией трафика. Например, в рассмотренном выше примере желательно чтобы информация которой обмениваются компьютеры отдела 1 выходила бы за пределы этой части сегмента только в том случае, сели эта информация предназначена только для какого-либо компьютера из другого отдела. Логическая структуризация сети – это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком. Для логической структуризации сети используются такие коммуникативные устройства как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, и шлюзы. Мост – делит разделяемую среду передачи сети на части (часто называемые логическими сегментами), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети. До конкретного получателя мост пакет не доводит. Локализация трафика не только экономит пропускную способность, но и уменьшает возможность несанкционированного доступа к данным, так как кадры не выходят за пределы своего сегмента, и злоумышленнику сложнее перехватить их. Коммутатор (switch) по принципу обработки кадров от моста практически ничем не отличается. Единственное его отличие состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированной микросхемой, которая обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от микросхем других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы — это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме. Маршрутизатор – более эффективно изолирует трафик отдельных сегментов друг от друга. кроме локализации трафика маршрутизаторы выполняют еще много других полезных функций. Маршрутизатор осуществляет пересылку пакета по определенному маршруту. Алгоритмы определения оптимальных маршрутов придают маршрутизаторам более высокий “интеллект” по сравнению с мостами. Это позволяет: избегать больших задержек при передаче пакетов, выбирая альтернативные пути; динамически изменять маршруты при отказе каналов или больших нагрузках в сети; уменьшать стоимость передачи за счет выбора альтернативных путей. Шлюз – используется для объединения сетей с разными типами программного и аппаратного обеспечения. Глобальные сети. Лучшим примером ГС – Интернет, однако существуют и другие, например Фидонет. Интернет это коммерческая сеть. Фидонет некоммерческая. Адреса Интернета: www.example.com com – домен верхнего уровня example – домен второго уровня www – домен третьего уровня Впервые появились в январе 1985 года, тогда таковых было 6: .com — для коммерческих сайтов .edu — для образовательных сайтов .gov — для сайтов государственных организаций США .net — для сайтов, чья деятельность связана с Сетью .org — для некоммерческих организаций .mil — для военных организаций США Существуют национальные домены верхнего уровня: Ru – Россия, uk – Великобритания World Wide Web (www) WWW – это самая распространенная и популярная служба Интернет. Она предназначена для очной, интерактивной работой. Пользователи Сайт – это совокупность Web-страниц, связанная гиперссылками. Web-страницы это электронный документ, написанный на языке HTML. HTML (от англ. HypertextMarkupLanguage — «язык разметки гипертекста») — это стандартный язык разметки документов во Всемирной паутине. Практически все веб-страницы создаются при помощи языка HTML или его последователя — XHTML. Изначально язык HTML был задуман и создан как средство структурирования и форматирования документов без их привязки к средствам воспроизведения (отображения). В идеале, текст с разметкой HTML должен был без стилистических и структурных искажений воспроизводиться на оборудовании с различной технической оснащенностью (цветной экран современного компьютера, монохромный экран органайзера, ограниченный по размерам экран мобильного телефона или устройства и программы голосового воспроизведения текстов). Однако, современное применение HTML очень далеко от его изначальной задачи. Например, тег <TABLE>, несколько раз использованный для форматирования страницы, которую вы сейчас читаете, предназначен для создания в документах самых обычных таблиц, но, как можно убедиться, здесь нет ни одной таблицы. С течением времени, основная идея платформонезависимости языка HTML была отдана в своеобразную жертву современным потребностям в мультимедийном и графическом оформлении. Браузеры Текстовые документы, содержащие код на языке HTML (такие документы традиционно имеют расширение «html» или «htm»), обрабатываются специальными приложениями, которые отображают документ в его форматированном виде. Такие приложения, называемые браузерами или интернет-обозревателями, обычно предоставляют пользователю удобный интерфейс для запроса веб-страниц, их просмотра (и вывода на иные внешние устройства) и, возможно, редактирования. Возможности Язык HTML позволяет размечать в тексте: Смысловую роль текстового блока (например: логическое ударение, заголовок (от первого до шестого уровня), параграф, пункт списка и др.), который обрабатывается браузером в соответствии со смыслом (например, в голосовых браузерах — изменение интонации, в графических — выделением курсивом, и т. п.) или настройками пользователя. Гипертекстовые ссылки, которые значительно упрощают чтение множества связанных документов, ибо позволяют запросить документ с адресом, указанным в коде ссылки, простым щелчком мыши. Гарнитуру, кегль, начертание, цвет шрифта для визуального вывода. Специальные символы (выходящие за рамки ASCII символы пунктуации, математические символы, греческие и готические буквы, стрелки и т. п.) Формы для введения пользователем данных, которые позднее подвергаются обработке. Формы и другую информацию можно обрабатывать с помощью специальных серверных программ (например, на языках PHP или Perl). Открытие мультимедийных файлов, выводимых как непосредственно браузером (например, изображения в форматах JPEG, GIF или PNG; аудиофайлы MIDI и др.), так и внешними приложениями, «встраиваевыми» в окно браузера (Flash-анимация, Java-апплеты и прочее).   Раздел 5. Основы защиты информации.

Технология на кончиках ваших пальцев, Глава 3_4

Глава 1: Знание того, что делать Глава 2: Знание того, что вам нужно Глава 3: Знание того, что у вас есть Какие технологические ресурсы у вас есть? Какое оборудование есть в вашей организации? Какое прикладное программное обеспечение доступно? Какие сетевые возможности у вас есть? Какие человеческие ресурсы у вас есть в наличии? Какие финансовые ресурсы доступны? Глава 4. Что нужно получить Глава 5. Как реализовать решение Глава 6. Как обучить пользователей Технологическое решение		Глава 3. Информация о том, что у вас есть В вашей организации есть люди с опытом или интересом к использованию компьютеров, которые могут вам помочь. Какие сетевые возможности у вас есть? Многие образовательные организации имеют сети, состоящие из оборудования, программного обеспечения и каналов связи, которые позволяют людям легко обмениваться информацией в электронном виде. Всего несколько лет назад, если бы вы упомянули слово «сеть», скорее всего, на ум пришли бы только три основные телевизионные сети. Сегодня сеть имеет совершенно новое значение, особенно для пользователей компьютеров. Тем не менее, между телевизионной сетью и компьютерной сетью есть сходство в том, что обе состоят из аффилированных лиц (пользователей), которые обмениваются информацией через общую инфраструктуру. Более того, оба типа сетей имеют целью обеспечить передачу и совместное использование информации как можно быстрее и эффективнее и среди необходимого количества людей. Многие школы, округа, институты, библиотеки и образовательные учреждения установили внутренние соединения между компьютерами. Некоторые из них предоставили механизмы, с помощью которых люди, работающие в организации, могут подключаться к компьютерам за пределами организации. Часто люди устанавливают свои собственные связи с такими сетями, как Интернет , покупая программное обеспечение и используя коммерческую службу (то есть компанию, которая подключит вас к сети, чтобы ваш компьютер мог обмениваться информацией с другими компьютерами). Чаще всего в образовательной среде школа подключается через районную, окружную или государственную службу. Отделение колледжа или университета также может подключаться через центральный объект внутри организации. Понимание того, как работает сеть Сеть — это полный набор оборудования, программного обеспечения и проводки (или, в случае «беспроводных сетей», отсутствие проводки), используемых для соединения компьютеров друг с другом для обмена информацией и периферийными устройствами, такими как принтеры, сканеры и модемы. Сети позволяют обмениваться информацией напрямую между многочисленными компьютерами без необходимости расшифровки вручную. Самые маленькие сети Локальные вычислительные сети (ЛВС) , в которых от 2 до 500 или более компьютеров соединены в небольшой географической области, часто в одном здании или классе. Более крупные сети, называемые глобальными сетями (WAN) , соединяют локальные сети вместе. Они могут использовать телефонные линии, выделенные кабели, радиоволны или другие средства связи для соединения компьютеров, которые могут быть удалены друг от друга на тысячи миль. См. рис. 3.1, где показан образец схемы районной сети. Геометрическая конфигурация компьютеров называется 9.0074 топология сети. Стандарты и правила, по которым компьютеры общаются в сети, называются протоколами. Информация хранится в сетях в двух основных конфигурациях: В одноранговых сетях пользователи хранят свои файлы на своих компьютерах, чтобы любой другой пользователь в сети мог получить доступ к файлам (а пользователь, в свою очередь, может получить доступ к файлам, хранящимся на других сетевых компьютерах, как хорошо). В сетях клиент/сервер пользователи хранят свои файлы на центральном компьютере, с которого файлы доступны напрямую. В сети клиент/сервер сервер является центральным компьютером, на котором хранится информация, а клиент — это компьютер (и пользователь), который получает доступ к информации с этого центрального компьютера. Многие люди думают, что проще управлять, создавать резервные копии и защищать данные в сети клиент/сервер. Сети требуют различных типов оборудования. У вас может быть концентраторы или коммутаторы , где все кабели, соединяющие клиентские компьютеры с сервером, собираются вместе. Коммутатор (коммутатор — это всего лишь «интеллектуальный» хаб) служит регулировщиком трафика для клиентских компьютеров внутри сети. Маршрутизатор — это специальное устройство, которое регулирует сетевой трафик, когда он входит в другую сеть, например трафик из школьной локальной сети, когда он подключается к поставщику услуг Интернета (ISP), а затем к Интернету. Заметка об Интернете Возможно, конечной глобальной сетью является Интернет, представляющий собой матрицу сетей. Интернет буквально соединяет миллионы суперкомпьютеров, мейнфреймов, рабочих станций, персональных компьютеров, ноутбуков и многого другого. Наиболее популярным приложением, доступным через Интернет, является World Wide Web (WWW) . Это основной навигационный инструмент для использования Интернета. Чаще всего, когда люди говорят, что они « онлайн », они имеют в виду, что они подключены к Интернету. Образовательные организации могут подключаться к Интернету через один или несколько компьютеров. Один компьютер может использовать обычную телефонную линию для подключения к Интернету через Интернет-провайдер (ISP) (например, America On Line, Earthlink и т. д.). Школа или офис могут объединить несколько компьютеров в локальную сеть, как описано выше, а затем подключить эти компьютеры к концентратору/коммутатору и к маршрутизатору, который, в свою очередь, подключен к проводу (или кабелю, или спутнику), который подключен к провайдеру. Для организации не очень эффективно иметь множество компьютеров, использующих модемы для подключения к Интернету по телефонным линиям. Скорее предпочтительнее подключаться к Интернету по «цифровой» линии, предназначенной для использования в организации. Цифровая линия позволяет более чем одному компьютеру иметь доступ к Интернету в любое время. Количество компьютеров, которые могут одновременно выходить в Интернет, ограничено только размером провода, соединяющего сайт с провайдером. Что касается установки цифровых линий в образовательной среде K-12, федеральное правительство в настоящее время предоставляет средства через программу скидок E-rate (обсуждается позже), которая предназначена для оплаты до 90% сопутствующих расходов. Разработка перечня сетевых возможностей Инвентаризация локальной или глобальной сети должна вестись офисом, ответственным за сеть. Если школа несет ответственность за обеспечение работоспособности сети, то школа должна вести инвентаризацию. Однако, если район, округ или штат обслуживают сеть, то инвентаризация должна сохраняться на этом уровне. Точная инвентаризация необходима, если сеть должна поддерживаться надлежащим образом. Вам следует составить перечень оборудования и программного обеспечения, специально выделенного для сети, и указать, где они расположены (см. в качестве примера Таблицу 3.3). >> следующий

Введение в компьютерные сети. Внутренние указатели

Добро пожаловать в первый выпуск сериала Networking 101. В этой вводной главе я хочу заглянуть в огромный мир компьютерных сетей и попытаться понять основные концепции, лежащие в их основе. Компьютерные сети являются одной из самых горячих технологий 21-го века и действительно изменили то, как мы, люди, обмениваемся знаниями. Начнем с ответа на самый очевидный вопрос.

Что такое компьютерная сеть?

Компьютерная сеть — это группа устройств, соединенных между собой для обмена информацией — электронной почтой, документами, аудио/видеоданными — или для совместного использования ресурсов — принтеров, хранилищ и других физических устройств. Обычно компьютеры в сети называются хостами , а ссылки — это элементы, которые их соединяют. На рисунке ниже показана очень примитивная форма сети, в которой два хоста связаны друг с другом физическим кабелем.

1. Два компьютера соединены между собой кабелем. Это простейшая форма компьютерной сети.

Показанная выше сеть работает, по крайней мере, теоретически: компьютер слева может отправлять данные компьютеру справа через соединительный кабель и наоборот. Очевидно, что в реальном мире все намного сложнее, когда несколько устройств связаны по всему миру, часто без физических кабелей, данные могут быть отправлены куда угодно, а передача управляется различными аппаратными и программными компонентами. Как можно достичь всего этого волшебства в глобальном масштабе? Кроме того, как именно происходит передача? Что за технология позволяет получить текстовый документ, протянуть его по кабелю и доставить на чужой компьютер? В этой серии мы попытаемся найти правильные ответы на эти вопросы.

Первым шагом в нашем исследовании является признание того, что компьютерные сети являются сложными существами, которые можно изучать разными способами: от прокладки сетевых кабелей в океане до сложных математических моделей, объясняющих поток данных. Давайте копнем глубже.

Компьютерные сети по объему

Компьютерные сети можно анализировать как на аппаратном , так и на программном уровне. Физически сеть состоит из компьютеров, кабелей и другого оборудования, благодаря которому она работает правильно. Изучение сетевого оборудования включает в себя много физики, математики и электроники, чтобы описать, как распространяется сигнал, а также технологии, лежащие в основе компонентов и компьютеров. Что касается программного обеспечения, вы найдете программы, инструкции и алгоритмы, которые дают жизнь физическому аналогу.

В этой серии статей я в основном сосредоточусь на последней категории, предоставляя некоторые сведения об оборудовании, когда это необходимо. Мы также немного коснемся сетевого программирования : искусства написания программ, которые взаимодействуют друг с другом через компьютерную сеть. Тем не менее, физическая сторона сетей остается увлекательной темой, которая заслуживает большего внимания в будущем.

Компьютерные сети по форме

Компьютерные сети можно классифицировать по их форме, также известной как топология . На картинке ниже показан пример возможных форм, которые вы можете там найти:

2. Различные топологии сети, где каждая точка является хостом. Предоставлено Википедией.

Наш первый пример на рисунке 1 можно рассматривать как очень простую линейную сеть. С другой стороны, мой компьютер, мой телефон и мой планшет в настоящее время являются частью звездообразной сети, расположенной в моей квартире. Все они подключены к центральному узлу, также известному как концентратор , и не могут общаться друг с другом напрямую. Мы рассмотрим этот тип домашних сетей в следующих главах.

Каждая форма сети имеет свои плюсы и минусы: выбор правильной действительно зависит от того, каким требованиям должна соответствовать сеть. Также топология может быть физической — фактическое размещение компонентов сети или логической — как данные передаются внутри сети. Анализ сетей по форме может также включать много теории графов , раздела математики, связанного со связанными между собой объектами.

Компьютерные сети по типу доступа

Сеть может быть общедоступный или частный . Публичные сети могут быть доступны свободно: например, веб-страница, которую вы сейчас читаете, принадлежит общедоступной сети и доступна любому, у кого есть рабочее соединение, компьютер и веб-браузер. И наоборот, частная сеть имеет ограниченный доступ, она изолирована от других общедоступных сетей. Частные сети обычно встречаются в школах или компаниях, где конфиденциальная информация должна быть защищена от несанкционированного доступа.

Частные сети также могут быть построены поверх общедоступных с помощью таких технологий, как Виртуальная частная сеть (VPN) , используется для соединения двух частных сетей через существующую общедоступную сеть. VPN обеспечивают конфиденциальность и анонимность и будут подробно рассмотрены в одной из следующих глав этой серии.

Конфиденциальность и анонимность являются частью более крупной проблемы, называемой сетевой безопасностью : любая деятельность, предназначенная для защиты удобства использования и целостности сети и данных. Это еще одна огромная и чрезвычайно увлекательная тема, которая затрагивает множество областей и технологий, от кибератак до автомобильной безопасности и кибервойн.

Компьютерные сети по размеру

Компьютерные сети варьируются от очень маленьких до очень больших. Несколько хостов, соединенных вместе на ограниченной территории, образуют так называемую локальную сеть (LAN) . Это типичный размер сети, который вы найдете в домах, школах или офисах. Более крупная сеть, протянувшаяся через весь город, называется Metropolitan Area Network (MAN) и концептуально может рассматриваться как множество небольших локальных сетей, соединенных вместе. Наконец, глобальная сеть (WAN) еще больше, чем тот, который соединяет несколько MAN или LAN вместе и может охватывать весь земной шар. Инженеры также работают над типом межпланетной компьютерной сети, которая соединяет спутники, планетоходы и Землю.

3. Пример трех размеров сети: от домашних локальных сетей до глобальных глобальных сетей.

Сети разных размеров часто требуют разных технологий. Например, локальная сеть предназначена для обслуживания нескольких компьютеров, соединенных вместе, и ее нельзя так легко масштабировать до MAN или WAN: требуется инфраструктура другого типа. По мере того, как сети становятся больше, они также могут вызывать политические опасения, особенно когда в них участвует несколько стран. сетевой нейтралитет — это принцип, согласно которому люди должны свободно контролировать то, что они видят и делают в общедоступной глобальной сети, без фильтров или цензуры, применяемых поставщиками локальных сетей.

Компьютерные сети по технологиям

Все сети основаны на одном или нескольких сетевых протоколах , наборе правил, определяющих, как информация должна передаваться между разными компьютерами в одной сети. Протокол инструктирует инженеров, как построить работающую сеть как с аппаратной, так и с программной точки зрения. Список существующих сетевых протоколов довольно огромен и охватывает несколько доменов.

Например, Протокол передачи гипертекста (HTTP) , вероятно, является одним из самых популярных: он описывает, как получать и обмениваться ресурсами, например текстовыми документами, по сети. Также описаны все аппаратные компоненты, необходимые для корректной работы обмена ресурсами. Благодаря HTTP вы можете просматривать эту страницу на своем устройстве, добавлять комментарии в поле ниже или делиться ею в социальных сетях.

Другой пример, более близкий к аппаратному обеспечению: протокол разрешения адресов (ARP) . Этот протокол определяет, как физические хосты идентифицируются внутри сети, и играет решающую роль в современных связях. В этой серии я сосредоточусь на самых важных протоколах, которые управляют сетями, существующими в настоящее время на этой планете. HTTP и ARP включены, конечно!

Интернет: что это?

У всей сложности и разнообразия, показанных выше, есть и обратная сторона: не все сети могут нормально общаться друг с другом. Например, локальная сеть управляется протоколами, предназначенными для поддержки нескольких компьютеров, соединенных вместе, что делает ее несовместимой с MAN или WAN. Разве не было бы здорово иметь возможность отправлять сообщения из одного уголка Земли в другой, независимо от типа сети и используемого протокола? Эту проблему решает межсетевые сети или интернеты короче. Межсетевая сеть — это просто еще один тип сети, который соединяет несколько сетей вместе и абстрагирует их различия, чтобы они могли взаимодействовать так, как если бы они были изначально совместимы.

В настоящее время на нашей планете существует только один тип межсетевого взаимодействия, который называется Интернет (с большой буквы I ). Интернет представляет собой обширную сеть сетей (WAN), состоящую из частных, общедоступных, деловых и государственных сетей по всему миру. Благодаря Интернету каждый может обмениваться информацией с другими людьми, а также с другими компьютерами, подключенными к Интернету без каких-либо барьеров.

Интернету, как и любой другой сети, для правильной работы нужен протокол: он известен как Internet Protocol Suite и на самом деле представляет собой набор нескольких объединенных протоколов связи, описывающих, как данные должны передаваться по всему миру. . Набор протоколов Интернета также называется TCP/IP из-за двух наиболее важных подпротоколов, которые он содержит: Протокол управления передачей (TCP) и Интернет-протокол (IP) 9.0164 . Я покопаюсь в этих двух в следующих эпизодах.