каналы передачи данных - Северо

ИНФОРМАТИКА
Часть II
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
Курс лекций
Для студентов, обучающихся
по направлению подготовки
220700 «Автоматизация технологических
процессов и производств»
Составитель: Г. А. Косякова
Владикавказ 2014
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
Кафедра информатики
ИНФОРМАТИКА
Часть II
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
Курс лекций
Для студентов, обучающихся
по направлению подготовки
220700 «Автоматизация технологических
процессов и производств»
Составитель: Г. А. Косякова
Допущено
редакционно-издательским советом
Северо-Кавказского горно-металлургического института
(государственного технологического университета).
Протокол заседания РИСа № 26 от 17.12.2013 г.
Владикавказ 2014
1
УДК 004.7
ББК 32.968
К72
Рецензент:
кандидат технических наук, профессор
Северо-Кавказского горно-металлургического института
(государственного технологического университета)
Моураов А. Г.
К72
Информатика. Часть II. Компьютерные сети и телекоммуникации: Курс лекций для студентов, обучающихся по
направлению подготовки 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств» / Сост.: Г. А. Косякова;
Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). – Владикавказ:
Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). Изд-во «Терек»,
2014. – 68 с.
Данный курс лекций по дисциплине «Информатика» содержит
минимальные теоретические основы информатики и вычислительной техники, необходимые любому будущему специалисту. Курс
лекций составлен в соответствии с государственным общеобразовательным стандартом и предназначен для бакалавров инженерных
специальностей.
УДК 004.7
ББК 32.968
Редактор: Хадарцева Ф. С.
Компьютерная верстка: Куликова М. П.
 Составление. ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский
горно-металлургический институт
(государственный технологический университет)», 2014
 Косякова Г. А., составление, 2014
Подписано в печать 08.05.2014. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура
«Таймс». Печать на ризографе. Усл. п.л. 3,95. Тираж 100 экз. Заказ №
.
Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). Издательство «Терек».
Отпечатано в отделе оперативной полиграфии СКГМИ (ГТУ).23
362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.
2
Оглавление
Основные понятия дисциплины «Компьютерные сети и телекоммуникации» ..........................................................................................
4
Тема 1. Введение в вычислительные сети ...............................................
5
1.1. Способы соединения двух компьютеров для совместного
использования файлов ...............................................................................
6
Тема 2. Среда и методы передачи данных в сетях ЭВМ........................
9
2.1. История развития вычислительных сетей ....................................
9
2.2. Линии связи и каналы передачи данных ......................................
10
2.3. Средства и методы передачи данных на физическом и
канальном уровнях ....................................................................................
15
Тема 3. Открытые системы и модель OSІ ...............................................
19
3.1. Протоколы, интерфейсы, стеки протоколов ................................
19
3.2. Семиуровневая эталонная модель OSІ. Модель OSІ-ISO ...........
21
Тема 4. Основы локальных сетей .............................................................
23
4.1. Основные понятия ЛВС .................................................................
23
4.2. Конфигурация ЛВС (локальные сети одноранговые и с
выделенным сервером) ..............................................................................
24
4.3. Сетевые топологии .........................................................................
27
Тема 5. Базовые технологии локальных сетей ........................................
33
5.1. Методы доступа и протоколы передачи данных в локальных сетях ....................................................................................................
33
5.2. Методы обмена данными в локальных сетях ...............................
35
5.3. Сетевые технологии локальных сетей ..........................................
37
5.4. Сравнение технологий и определение конфигурации ................
40
Тема 6. Основные программные и аппаратные компоненты ЛВ ..........
41
6.1. Многослойная модель сети ............................................................
41
6.2. Коммуникационное оборудование вычислительных сетей ........
42
6.3. Программное обеспечение вычислительных сетей (программные компоненты ЛВС) .....................................................................
45
6.4. Доступ к сетевым ресурсам локальной вычислительной
сети ..............................................................................................................
47
Тема 7. Сетевые технологии. Глобальные сети (WAN) .........................
50
7.1. Глобальные сети с коммутацией каналов и пакетов ...................
50
7.2. Структура и основные принципы построения Интернет ............
51
7.3. Способы доступа в Интернет.........................................................
54
7.4. Адресация в сети Интернет............................................................
58
7.5. Прикладные программы просмотра Web-страниц ......................
60
7.6. Электронная почта ..........................................................................
64
Литература ..................................................................................................
69
3
Основные понятия дисциплины
"Компьютерные сети и телекоммуникации"
В настоящее время персональные компьютеры в автономном режиме практически не используются, их, как правило, объединяют в
вычислительные или компьютерные сети.
Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров и телекоммуникационного оборудования, обеспечивающая информационный обмен компьютеров в сети. Основное назначение компьютерных
сетей – обеспечение доступа к распределенным ресурсам.
Телекоммуникации (греч. tele вдаль, далеко и лат. communicatio
общение) – это передача и прием любой информации (звук, изображение, данные, текст) на расстояние по различным электромагнитным
системам (кабельные и оптоволоконные каналы, радиоканалы и другие проводные и беспроводные каналы связи).
Телекоммуникационная сеть – это система технических
средств, посредством которой осуществляются телекоммуникации.
К телекоммуникационным сетям относятся:
1. Компьютерные сети (передача данных);
2. Телефонные сети (передача голосовой информации);
3. Радиосети (передача голосовой информации – широковещательные услуги);
4. Телевизионные сети (передача голоса и изображения – широковещательные услуги).
4
Тема 1. ВВЕДЕНИЕ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ
Все вычислительные сети можно классифицировать по ряду признаков. В зависимости от расстояний между ПК различают следующие вычислительные сети:
 локальные вычислительные сети – ЛВС (LAN – Local Area
Networks) – компьютерные сети, расположенные в пределах небольшой ограниченной территории (в здании или в соседних зданиях) не
более 10–15 км;
 территориальные вычислительнве сети, которые охватывают
значительное географическое пространство. К территориальным сетям
можно отнести городские (MAN – Metropolitan Area Network), региональные (Regional computer network), национальные (National computer
network) и глобальные (WAN – Wide Area Network) сети. Городские и
региональные сети связывают абонентов района, города или области.
Глобальные сети объединяют абонентов, удаленных друг от друга на
значительное расстояние, находящихся в различных странах или континентах.
В настоящее время на предприятиях и в учреждениях нашли широкое применение локальные вычислительные сети, основное назначение которых – обеспечить доступ к разделяемым или сетевым (общим, то есть совместно используемым) ресурсам, данным и программам. Кроме того, ЛВС позволяют сотрудникам предприятий оперативно обмениваться между собой информацией.
Локальные вычислительные сети обеспечивают:
1. Распределение данных (Data Sharing). Данные в ЛВС хранятся
на центральном ПК и могут быть доступны на рабочих станциях, поэтому на каждом рабочем месте не надо иметь накопители для хранения одной и той же информации.
2. Распределение информационных и технических ресурсов
(Resource Sharing):
 логические диски и другие внешние запоминающие устройства (накопители на CD-ROM, DVD, ZIP и так далее);
 каталоги (папки) и содержащиеся в них файлы;
 подключенные к ПК устройства: принтеры, модемы и другие
внешние устройства (позволяют экономно использовать ресурсы,
например, печатающие устройства, модемы).
3. Распределение программ (Software Sharing). Все пользователи
локальных вычислительных сетей могут совместно иметь доступ к
5
программам (сетевым версиям), которые централизованно устанавливаются в сети.
4. Обмен сообщениями по электронной почте (Electronic Mail).
Все пользователи сети могут оперативно обмениваться информацией
между собой посредством передачи сообщений.
Локальные вычислительные сети, в зависимости от способов взаимодействия компьютеров в них, можно разделить на централизованные и одноранговые сети. Централизованные локальные сети строятся
на основе архитектуры "клиент – сервер", которая предполагает выделение в сети "серверов" и "клиентов". Одноранговые ЛВС основаны
на равноправной (peer-to-peer) модели взаимодействия компьютеров, в
которой каждый компьютер может быть как сервером, так и клиентом.
Локальные вычислительные сети могут отличаться архитектурой
(Ethernet, Token Ring, FDDI и т. д.) и топологией (шинная, кольцевая,
“звезда”). Выбор типа ЛВС зависит от потребностей пользователей и
финансовых возможностей предприятия.
1.1. Способы соединения двух компьютеров
для совместного использования файлов
Компьютерные сети – это совокупность узлов, объединенных каналами передачи данных. Компьютерные сети также называются информационно-вычислительными сетями, вычислительными сетями
или сетями передачи данных.
Рассмотрим способы соединения двух компьютеров, которые используются, как правило, для создания временных сетей «компьютер
– компьютер» с целью совместного использования файлов. В этом
случае компьютеры соединяются непосредственно друг с другом, без
помощи дополнительного коммуникационного оборудования.
Для обмена данными между двумя компьютерами (например,
настольные и переносные ПК) можно использовать различные способы их соединения:
 прямое соединения компьютеров через последовательные и
параллельные порты (COM, USB, LPT, IrDA, Bluetooth);
 удаленное соединение двух компьютеров через модемы;
 соединение двух компьютеров в локальную сеть, используя
сетевые карты и проводные линии связи;
 соединения двух компьютеров в локальную сеть, используя
встроенные беспроводные интерфейсы WiFi.
6
Порт COM. Наиболее простой и доступный способ соединения
двух компьютеров – это прямое соединение их через асинхронный
последовательный порт COM. В этом случае для соединения используется только нуль-модемный кабель. Этот способ самый доступный
способ подключения, так как все персональные компьютеры оснащены портами COM.
USB-порт. Способ соединение двух компьютеров через USBпорты. USB – это универсальный интерфейс (последовательный порт)
для подключения 127 устройств. Для соединения двух компьютеров
требуется только кабель usb link.
LPT-порт. Два компьютера могут быть подключены через параллельные LPT-порты. Эти порты имеют восемь разрядов. В этом способе для соединения двух компьютеров используется только нульмодемный кабель.
IrDA – инфракрасные порты предназначены для беспроводного
подключения карманных или блокнотных компьютеров к настольному компьютеру. Связь обеспечивается при условии прямой видимости, дальность передачи данных не более 1 м. Если в компьютере нет
встроенного iRDA-адаптера, то он может быть выполнен в виде дополнительного внешнего устройства (USB iRDA-адаптер), подключаемого через USB-порт. Этот способ предназначен для беспроводного
подключения карманных или блокнотных ПК к настольному компьютеру.
Bluetooth ("блютус") – высокоскоростной микроволновый стандарт, позволяющий передавать данные на расстояниях до 10 метров.
Если нет встроенного Bluetooth-адаптера, то он может быть выполнен
в виде дополнительного внешнего устройства (USB bluetoothадаптер), подключаемого через USB-порт. Этот способ предназначен
для беспроводного подключения карманных или блокнотных компьютеров к настольному компьютеру.
Связь с помощью модема. Модем – это устройство, которое
преобразует цифровой сигнал компьютера в аналоговый частотный
сигнал, передаваемый по аналоговым телефонным линиям. С помощью модема можно подключать два компьютера по телефонным линиям связи.
Соединение двух компьютеров в локальную сеть, используя
сетевые карты и проводные линии связи. В качестве линий связи
могут быть применены коаксиальный кабель или кабель "витая пара".
Рассмотрим первый способ соединения компьютеров на основе стандарта 10Base-2. Для выполнения соединения двух компьютеров нуж7
ны две сетевые карты с разъемом UTP, тонкий коаксиальный кабель с
волновым сопротивление 50 Ом, два Т-коннектора и два терминатора.
После подключения требуется настройка операционной системы.
Второй способ соединения компьютеров на основе стандарта
10Base-T. Для выполнения соединения двух компьютеров нужны две
сетевые карты с разъемом RJ-45, кабель "витая пара" ("нуль-хабный"
кабель) и две вилки RJ-45. В этом случае требуется специальная разводка кабеля, т. е. разводка проводников на разъемах кабеля должна
быть нестандартной и соответствовать разводке "нуль-хабного" кабеля. Например, для четырехпроводного кабеля (две пары) разводка
"нуль-хабного" кабель следующая: разводка 1–2–3–6 на одном из
разъемов должна соответствовать разводке 3–6–1–2 на другом разъеме. После подключение требуется настройка операционной системы.
Беспроводная связь WiFi. Этот способ соединения двух компьютеров напрямую использует встроенные беспроводные интерфейсы
WiFi. Стандартом беспроводной связи для локальных сетей является
технология WiFi. WiFi обеспечивает соединение точка–точка (соединение Ad-Hoc), которое можно применить для подключения двух ПК.
В этом способе для соединения двух ПК требуется два адаптера WiFi.
8
Тема 2. СРЕДА И МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
В СЕТЯХ ЭВМ
2.1. История развития вычислительных сетей
Необходимо отметить, что в настоящее время кроме компьютерных сетей применяются и терминальные сети. Следует различать компьютерные сети и терминальные сети. Терминальные сети строятся на
других, чем компьютерные сети, принципах и на другой вычислительной технике. К терминальным сетям, например, относятся: сети
банкоматов, кассы предварительной продажи билетов на различные
виды транспорта и т. д.
Первые мощные компьютеры 50-годов, так называемые мэйнфреймы, были очень дорогими и предназначались только для пакетной обработки данных. Пакетная обработка данных – самый эффективный режим использования процессора дорогостоящей вычислительной машины.
С появлением более дешевых процессоров начали развиваться
интерактивные терминальные системы разделения времени на базе
мэйнфреймов. Терминальные сети связывали мэйнфреймы с терминалами. Терминал – это устройство для взаимодействия с вычислительной машиной, которое состоит из средства ввода (например, клавиатура) и средств вывода информации (например, дисплей).
Сами терминалы практически никакой обработки данных не осуществляли, а использовали возможности мощной и дорогой центральной ЭВМ. Эта организация работы называлась “режимом разделения
времени”, так как центральная ЭВМ последовательно во времени решала задачи множества пользователей. При этом совместно использовались дорогие вычислительные ресурсы.
Удаленные терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым
ресурсам мощных ЭВМ. Затем мощные ЭВМ объединялись между
собой, так появились глобальные вычислительные сети.
Таким образом, сначала сети применялись для передачи цифровых данных между терминалом и большой вычислительной машиной.
Первые ЛВС появились в начале 70-х годов, когда были выпущены мини-компьютеры. Мини-компьютеры были намного дешевле
9
мэйнфреймов, что позволило использовать их в структурных подразделениях предприятий.
Затем появилась необходимость обмена данными между машинами разных подразделений. Для этого многие предприятия стали соединять свои мини-компьютеры и разрабатывать программное обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В результате появились
первые ЛВС.
Появление персональных компьютеров послужило стимулом для
дальнейшего развития ЛВС. Они были достаточно дешевыми и являлись идеальными элементами для построения сетей. Развитию ЛВС
способствовало появление стандартных технологий объединения компьютеров в сети: Ethernet, Arcnet, Token Ring.
Появление качественных линии связи обеспечили достаточно высокую скорость передачи данных – 10 Мбит/с, тогда как глобальные
сети использовали только плохо приспособленные для передачи данных телефонные каналы связи, имели низкую скорость передачи –
1 200 бит/c. Из-за такого различия в скоростях многие технологии,
применяемые в ЛВС, были недоступны для использования в глобальных сетях.
В настоящее время сетевые технологии интенсивно развиваются,
и разрыв между локальными и глобальными сетями сокращается во
многом благодаря появлению высокоскоростных территориальных
каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам ЛВС.
Новые технологии сделали возможным передачу таких несвойственных ранее вычислительным сетям носителей информации, как
звук, видеоизображения и рисунки.
Сложность передачи мультимедийной информации по сети связана с ее чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных (задержки обычно приводят к искажению такой информации в
конечных узлах связи). Но эта проблема решается, и конвергенция
телекоммуникационных сетей (радио, телефонных, телевизионных и
вычислительных сетей) открывает новые возможности для передачи
данных, голоса и изображения по глобальным сетям Интернет.
2.2. Линии связи и каналы передачи данных
Для построения компьютерных сетей применяются линии связи,
использующие различную физическую среду. В качестве физической
среды в коммуникациях используются: металлы (в основном медь),
10
сверхпрозрачное стекло (кварц) или пластик и эфир. Физическая среда
передачи данных может представлять собой кабель "витая пара", коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель и окружающее пространство.
Линии связи или линии передачи данных – это промежуточная
аппаратура и физическая среда, по которой передаются информационные сигналы (данные).
В одной линии связи можно образовать несколько каналов связи
(виртуальных или логических каналов), например, путем частотного
или временного разделения каналов. Канал связи – это средство односторонней передачи данных. Если линия связи монопольно используется каналом связи, то в этом случае линию связи называют каналом
связи.
Канал передачи данных – это средства двухстороннего обмена
данными, которые включают в себя линии связи и аппаратуру передачи (приема) данных. Каналы передачи данных связывают между собой источники информации и приемники информации.
В зависимости от физической среды передачи данных линии связи можно разделить на:
 проводные линии связи без изолирующих и экранирующих
оплеток;
 кабельные, где для передачи сигналов используются такие линии связи, как кабели "витая пара", коаксиальные кабели или оптоволоконные кабели;
 беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи),
использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, которые распространяются по эфиру.
Проводные линии связи
Проводные (воздушные) линии связи используются для передачи
телефонных и телеграфных сигналов, а также для передачи компьютерных данных. Эти линии связи применяются в качестве магистральных линий связи.
По проводным линиям связи могут быть организованы аналоговые и цифровые каналы передачи данных. Скорость передачи по проводным линиям "простой старой телефонной линии" (POST – Primitive
Old Telephone System) является очень низкой. Кроме того, к недостаткам этих линий относятся слабая помехозащищенность и возможность
простого несанкционированного подключения к сети.
11
Кабельные линии связи
Кабельные линии связи имеют довольно сложную структуру. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. В компьютерных сетях используются три типа кабелей.
Витая пара (twisted pair) – кабель связи, который представляет
собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов),
заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является
достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара UTP и экранированная витая пара STP.
Характерным для этого кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым и распространенным видом связи, который нашел широкое применение в самых распространенных
локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии
типа “звезда”. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя RJ-45.
Кабель используется для передачи данных на скоростях
10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на
расстояние не более нескольких сот метров. К недостаткам кабеля
"витая пара" можно отнести возможность простого несанкционированного подключения к сети.
Коаксиальный кабель (coaxial cable) – это кабель с центральным
медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала
для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медная оплетка или слой алюминиевой фольги).
Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией.
Существует два типа коаксиального кабеля: тонкий коаксиальный
кабель диаметром 5 мм и толстый коаксиальный кабель диаметром 10
мм. У толстого коаксиального кабеля затухание меньше, чем у тонкого. Стоимость коаксиального кабеля выше стоимости витой пары и
выполнение монтажа сети сложнее, чем витой пары.
Коаксиальный кабель применяется, например, в локальных сетях
с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “общая шина”. Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая
пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность –
50–100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю
сложнее, чем к витой паре.
Кабельные оптоволоконные каналы связи. Оптоволоконный кабель (fiber optic) – это оптическое волокно на кремниевой или пласт12
массовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом
преломления света, который закрыт внешней оболочкой.
Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце
оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического
сигнала в световой, а на приемном конце – обратное преобразование.
Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Скорость передачи данных
3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.
Беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи)
каналы передачи данных
Радиоканалы наземной (радиорелейной и сотовой) и спутниковой
связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн и
относятся к технологии беспроводной передачи данных.
Радиорелейные каналы передачи данных
Радиорелейные каналы связи состоят из последовательности
станций, являющихся ретрансляторами. Связь осуществляется в пределах прямой видимости, дальности между соседними станциями – до
50 км. Цифровые радиорелейные линии связи (ЦРРС) применяются в
качестве региональных и местных систем связи и передачи данных, а
также для связи между базовыми станциями сотовой связи.
Спутниковые каналы передачи данных
В спутниковых системах используются антенны СВЧ-диапазона
частот для приема радиосигналов от наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции. В спутниковых сетях
используются три основных типа спутников, которые находятся на
геостационарных орбитах, средних или низких орбитах. Спутники
запускаются, как правило, группами. Разнесенные друг от друга они
могут обеспечить охват почти всей поверхности Земли. Работа спутникового канала передачи данных представлена на рисунке.
Целесообразнее использовать спутниковую связь для организации канала связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможности обслуживания абонентов в самых
труднодоступных точках. Пропускная способность высокая – несколько десятков Мбит/c.
13
Сотовые каналы передачи данных
Радиоканалы сотовой связи строятся по тем же принципам, что и
сотовые телефонные сети. Сотовая связь – это беспроводная телекоммуникационная система, состоящая из сети наземных базовых приемо-передающих станций и сотового коммутатора (или центра коммутации мобильной связи).
Базовые станции подключаются к центру коммутации, который
обеспечивает связь, как между базовыми станциями, так и с другими
телефонными сетями и с глобальной сетью Интернет. По выполняемым функциям центр коммутации аналогичен обычной АТС проводной связи.
LMDS (Local Multipoint Distribution System) – это стандарт сотовых сетей беспроводной передачи информации для фиксированных
абонентов. Система строится по сотовому принципу, одна базовая
станция позволяет охватить район радиусом несколько километров
(до 10 км) и подключить несколько тысяч абонентов. Сами БС
объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами. Скорость передачи данных до
45 Мбит/c.
Радиоканалы передачи данных WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) аналогичны WiFi. WiMAX, в отличие от
традиционных технологий радиодоступа, работает и на отраженном
сигнале, вне прямой видимости базовой станции. Эксперты считают,
что мобильные сети WiMAX открывают гораздо более интересные
перспективы для пользователей, чем фиксированный WiMAX, предназначенный для корпоративных заказчиков. Информацию можно
передавать на расстояния до 50 км со скоростью до 70 Мбит/с.
14
Радиоканалы передачи данных MMDS (Multichannel Multipoint
Distribution System). Эти системы способны обслуживать территорию
в радиусе 50–60 км, при этом прямая видимость передатчика оператора является не обязательной. Средняя гарантированная скорость передачи данных составляет 500 Кбит/с – 1 Мбит/с, но можно обеспечить
до 56 Мбит/с на один канал.
Радиоканалы передачи данных для локальных сетей. Стандартом беспроводной связи для локальных сетей является технология
Wi-Fi. Wi-Fi обеспечивает подключение в двух режимах: точка – точка (для подключения двух ПК) и инфраструктурное соединение (для
подключения нескольких ПК к одной точке доступа). Скорость обмена данными до 11 Mбит/с при подключении точка – точка и до 54
Мбит/с при инфраструктурном соединении.
Радиоканалы передачи данных Bluetooht – это технология передачи данных на короткие расстояния (не более 10 м) и может быть
использована для создания домашних сетей. Скорость передачи данных не превышает 1 Мбит/с.
2.3. Средства и методы передачи данных
на физическом и канальном уровнях
Пересылка данных в вычислительных сетях от одного компьютера к другому осуществляется последовательно, бит за битом. Физически биты данных передаются по каналам передачи данных в виде аналоговых или цифровых сигналов.
Совокупность средств (линии связи, аппаратура передачи и приема данных), служащая для передачи данных в вычислительных сетях,
называется каналом передачи данных. В зависимости от формы передаваемой информации каналы передачи данных можно разделить на
аналоговые (непрерывные) и цифровые (дискретные).
Так как аппаратура передачи и приема данных работает с данными в дискретном виде (т. е. единицам и нулям данных соответствуют
дискретные электрические сигналы), то при их передаче через аналоговый канал требуется преобразование дискретных данных в аналоговые (модуляция).
При приеме таких аналоговых данных необходимо обратное преобразование – демодуляция. Модуляция/демодуляция – процессы
преобразования цифровой информации в аналоговые сигналы и
наоборот. При модуляции информация представляется синусоидаль15
ным сигналом той частоты, которую хорошо передает канал передачи
данных.
К способам модуляции относятся:
– амплитудная модуляция;
– частотная модуляция;
– фазовая модуляция.
При передаче дискретных сигналов через цифровой канал передачи данных используется кодирование:
– потенциальное;
– импульсное.
Таким образом, потенциальное или импульсное кодирование
применяется на каналах высокого качества, а модуляция на основе
синусоидальных сигналов предпочтительнее в тех случаях, когда канал вносит сильные искажения в передаваемые сигналы.
Обычно модуляция используется в глобальных сетях при передаче данных через аналоговые телефонные каналы связи, которые были
разработаны для передачи голоса в аналоговой форме и поэтому плохо подходят для непосредственной передачи импульсов.
В зависимости от способов синхронизации каналы передачи данных вычислительных сетей можно разделить на синхронные и асинхронные. Синхронизация необходима для того, чтобы передающий
узел данных мог передать какой-то сигнал принимающему узлу, чтобы принимающий узел знал, когда начать прием поступающих данных.
Синхронная передача данных требует дополнительной линии связи для передачи синхронизирующих импульсов. Передача битов передающей станцией и их прием принимающей станцией осуществляется
в моменты появления синхроимпульсов.
При асинхронной передаче данных дополнительной линии связи
не требуется. В этом случае передача данных осуществляется блоками
фиксированной длины (байтами). Синхронизация осуществляется дополнительными битами (старт-битами и стоп-битами), которые передаются перед передаваемым байтом и после него.
При обмене данными между узлами вычислительных сетей используются три метода передачи данных:
 симплексная (однонаправленная) передача (телевидение, радио);
 полудуплексная (прием/передача информации осуществляется
поочередно);
16
 дуплексная (двунаправленная), каждый узел одновременно передает и принимает данные (например, переговоры по телефону).
Методы передачи на канальном уровне
Прежде чем послать данные в вычислительную сеть, посылающий узел данных разбивает их на небольшие блоки, называемые пакетами данных. На узле-получателе пакеты накапливаются и выстраиваются в должном порядке для восстановления исходного вида.
В составе любого пакета должна присутствовать следующая информация:
 данные или информация, предназначенная для передачи по
сети;
 адрес, указывающий место назначения пакета. Каждый узел
сети имеет адрес. Кроме того, адрес имеет и приложение. Адрес приложения необходим для того, чтобы идентифицировать, какому именно приложению принадлежит пакет;
 управляющие коды – это информация, которая описывает размер и тип пакета. Управляющие коды включают в себя также коды
проверки ошибок и другую информацию.
Существует три принципиально различные схемы коммутации в
вычислительных сетях:
 коммутация каналов;
 коммутация пакетов;
 коммутация сообщений.
При коммутации каналов устанавливается соединение между передающей и принимающей стороной в виде непрерывного составного
физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Затем
сообщение передается по образованному каналу.
Коммутация сообщений – процесс пересылки данных, включающий прием, хранение, выбор исходного направления и дальнейшую
передачу блоков сообщений (без разбивки на пакеты). При коммутации сообщений блоки сообщений передаются последовательно от одного промежуточного узла к другому с временной буферизацией их на
дисках каждого узла, пока не достигнут адресата. При этом новая передача может начаться только после того, как весь блок будет принят.
Ошибка при передаче повлечет новую повторную передачу всего
блока.
Передача пакетов осуществляется аналогично передаче сообщений, но так как размер пакета значительно меньше блока сообщения,
17
то достигается быстрая его обработка промежуточным коммуникационным оборудованием. Поэтому канал передачи данных занят только
во время передачи пакета и по ее завершению освобождается для передачи других пакетов. Шлюзы и маршрутизаторы, принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают
их друг другу, а в конце – станции назначения. Данный вид передачи
данных является стандартом для сети Интернет.
В настоящее время телекоммуникационные сети строятся на цифровой основе, поэтому методы передачи данных, применяемые в вычислительных сетях, могут быть использованы для разработки стандартов передачи любой информации (голос, изображение, данные).
18
Тема 3. ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ И МОДЕЛЬ OSІ
3.1. Протоколы, интерфейсы, стеки протоколов
Компьютерные сети, как правило, состоят из различного оборудования разных производителей, и без принятия всеми производителями общепринятых правил построения ПК и сетевого оборудования,
обеспечить нормальное функционирование сетей было бы невозможно. То есть для обеспечения нормального взаимодействия этого оборудования в сетях необходим единый унифицированный стандарт,
который определял бы алгоритм передачи информации в сетях. В современных вычислительных сетях роль такого стандарта выполняют
сетевые протоколы.
В связи с тем, что описать единым протоколом взаимодействия
между устройствами в сети не представляется возможным, то необходимо разделить процесс сетевого взаимодействия на ряд концептуальных уровней (модулей) и определить функции для каждого модуля и
порядок их взаимодействия, применив метод декомпозиции.
Используя многоуровневый подход метода декомпозиции, в соответствии с которым множество модулей, решающих частные задачи,
упорядочивают по уровням, образующим иерархию, процесс сетевого
взаимодействия можно представить в виде иерархически организованного множества модулей.
Протокол, интерфейс, стек протоколов
Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия
имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют две стороны, то есть необходимо организовать
согласованную работу двух иерархий, работающих на разных компьютерах.
Оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Соглашения должны быть приняты для всех уровней,
начиная от самого низкого – уровня передачи битов – до самого высокого, реализующего сервис для пользователя. Декомпозиция предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов
между уровнями.
Взаимодействие одноименных функциональных уровней по горизонтали осуществляется посредством протоколов. Протоколом называется набор правил и методов взаимодействия одноименных функциональных уровней объектов сетевого обмена.
19
Взаимодействия функциональных уровней по вертикали осуществляется через интерфейсы. Интерфейс определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему
уровню.
Таким образом, механизм передачи какого-либо пакета информации через сеть от клиентской программы, работающей на одном компьютере ПК 1, к клиентской программе, работающей на другом компьютере ПК 2, можно условно представить в виде последовательной
пересылки этого пакета сверху вниз от верхнего уровня, обеспечивающего взаимодействие с пользовательским приложением, к нижнему
уровню, организующему интерфейс с сетью, его трансляции на компьютер ПК 2 и обратной передачи верхнему уровню уже на ПК 2.
Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней – как правило, чисто программными средствами.
Протоколы реализуются не только компьютерами, но и другими сетевыми устройствами – концентраторами, мостами, коммутаторами,
маршрутизаторами и т. д. В зависимости от типа устройств в нем
должны быть встроенные средства, реализующие тот или иной набор
протоколов.
20
Иерархически организованный набор протоколов, достаточный
для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком
коммуникационных протоколов. В сети Интернет базовым набором
протоколов является стек протоколов TCP/IP.
3.2. Семиуровневая эталонная модель OSІ. Модель OSІ-ISO
Эталонная модель OSІ (Open System Interconnection – OSI), разработанная в 1984 году Международной организацией по стандартизации (International Organization of Standardization – ISO), является определяющим документом концепции разработки открытых стандартов
для организации соединения систем. Открытая система – система, доступная для взаимодействия с другими системами в соответствии с
принятыми стандартами.
Семиуровневая эталонная модель “Взаимосвязь открытых систем” была разработана с целью упрощения взаимодействия
устройств в сетях.
Семиуровневая эталонная модель представляет собой рекомендации (разработчикам сетей и протоколов) для построения стандартов
совместимых сетевых программных продуктов и служит базой для
производителей при разработке совместимого сетевого оборудования.
Рекомендации стандарта должны быть реализованы как в аппаратуре,
так и в программных средствах вычислительных сетей.
Семиуровневая эталонная модель OSI определяет семь уровней
взаимодействия систем в сетях с коммуникацией пакетов, дает им
стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять
каждый уровень. Каждый уровень функционирует независимо от выше- и нижележащих уровней. Каждый уровень может общаться с
непосредственным соседним уровнем, однако он полностью изолирован от прямого обращения к следующим уровням.
Семиуровневая эталонная модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой,
системными утилитами, системными аппаратными средствами.
В соответствии с семиуровневой эталонной моделью сетевая система представляется прикладными процессами и процессами взаимодействия абонентов. Последние разбиваются на семь функциональных
уровней: прикладной, представительный (уровень представления данных), сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический.
21
При запуске на компьютере любого приложения, для функционирования которого требуется диалог с сетью, это приложение вызывает
соответствующий протокол прикладного уровня сетевого программного обеспечения. Прикладной уровень формирует сообщение стандартного формата. Обычно сообщение состоит из заголовка и поля
данных.
Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню компьютера-адресата,
чтобы сообщить ему, какую работу надо выполнить. Поле данных содержит данные, необходимые для выполнения этой работы.
После формирования сообщения прикладной уровень направляет
его вниз к представительному уровню. Представительный уровень, на
основании информации, полученной из заголовка прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию – заголовок представительного
уровня, в котором содержатся указания для представительного уровня
машины-адресата.
Полученное сообщение отправляется вниз сеансовому уровню,
который добавляет свой заголовок и т. д. до физического уровня, который передает сформированное сообщение по линиям связи. К этому
моменту сообщение имеет заголовки всех уровней.
Когда сообщение поступает в компьютер-адресат, оно принимается физическим уровнем и последовательно передается вверх с уровня на уровень. Причем каждый уровень анализирует и обрабатывает
заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню
функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.
22
Тема 4. ОСНОВЫ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ
4.1. Основные понятия ЛВС
Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, объединенных каналами передачи данных. В зависимости от расстояния
между компьютерами различают следующие вычислительные сети:
 локальные вычислительные сети – LAN;
 территориальные вычислительные сети, к которым относятся
региональные MAN и глобальные WAN сети;
 корпоративные сети.
Локальная сеть – это ЛВС, в которой ПК и коммуникационное
оборудование находятся на небольшом расстоянии друг от друга. ЛВС
обычно предназначена для сбора, хранения, передачи, обработки и
предоставления пользователям распределенной информации в пределах подразделения или фирмы. Кроме того, ЛВС, как правило, имеет
выход в Интернет.
Локальные сети можно классифицировать по:
 уровню управления;
 назначению;
 однородности;
 административным отношениям между компьютерами;
 топологии;
 архитектуре.
Рассмотрим более подробно классификацию ЛВС
По уровню управления выделяют следующие ЛВС:
 ЛВС рабочих групп, которые состоят из нескольких ПК, работающих под одной операционной системой. В такой ЛВС, как правило, имеется несколько выделенных серверов: файл-сервер, сервер печати;
 ЛВС структурных подразделений (отделов). Данные ЛВС содержат несколько десятков ПК и серверы типа: файл-сервер, сервер
печати, сервер баз данных;
 ЛВС предприятий (фирм). Эти ЛВС могут содержать свыше
100 компьютеров и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер
баз данных, почтовый сервер и другие серверы.
По назначению сети подразделяются на:
 вычислительные сети, предназначенные для расчетных работ;
23
 информационно-вычислительные сети, которые предназначены как для ведения расчетных работ, так и для предоставления информационных ресурсов;
 информационно-советующие, которые на основе обработки
данных вырабатывают информацию для поддержки принятия решений;
 информационно-управляющие сети, которые предназначены
для управления объектов на основе обработки информации.
По типам используемых компьютеров можно выделить:
 однородные сети, которые содержат однотипные компьютеры
и системное программное обеспечение;
 неоднородные сети, которые содержат разнотипные компьютеры и системное программное обеспечение.
По административным отношениям между компьютерами
можно выделить:
 ЛВС с централизованным управлением (с выделенными серверами);
 ЛВС без централизованного управления (децентрализованные)
или одноранговые (одноуровневые) сети.
По топологии (основные топологии) ЛВС представляют собой:
 "шину";
 "звезду";
 "кольцо".
По архитектуре (основные типы архитектур) ЛВС делятся на:
 Ethernet;
 Arcnet;
 Token ring;
 FDDI.
4.2. Конфигурация ЛВС (локальные сети
одноранговые и с выделенным сервером)
По административным отношениям между узлами можно выделить локальные сети с централизованным управлением или с выделенными серверами (серверные сети) и сети без централизованного
управления или без выделенного сервера (децентрализованные), так
называемые, одноранговые (одноуровневые) сети.
Локальные сети с централизованным управлением называются
иерархическими, а децентрализованные локальные сети – равноправными. В локальных сетях с централизованным управлением один из
24
компьютеров является сервером, а остальные ПК – рабочими станциями.
Серверы – это высокопроизводительные компьютеры с винчестерами большой емкости и с высокоскоростной сетевой картой, которые
отвечают за хранение данных, организацию доступа к этим данным и
передачу данных рабочим станциям или клиентам.
Рабочие станции. Компьютеры, с которых осуществляется доступ
к информации на сервере, называются рабочими станциями или клиентами.
Одноранговые (одноуровневые или равноправные) локальные сети
В сетях с децентрализованным управлением нет единого центра
управления взаимодействием рабочих станций и единого компьютера
для хранения данных. Одноранговая локальная сеть – это ЛВС равноправных компьютеров, каждый из которых имеет уникальное имя и,
как правило, пароль для входа в него в момент загрузки ОС.
Равноправность ПК означает, что администратор каждого компьютера в локальной сети может преобразовать свой локальный ресурс в
разделяемый и устанавливать права доступа к нему и пароли. Он же
отвечает за сохранность или работоспособность этого ресурса. Локальный ресурс – ресурс, доступный только с ПК, на котором он
находится. Ресурс ПК, доступный для других компьютеров, называется разделяемым или совместно используемым.
Таким образом, одноранговая локальная сеть – это ЛВС, в которой каждая рабочая станция может разделить все или некоторые из ее
ресурсов с другими рабочими станциями сети. Но отсутствие выделенного сервера не позволяет администратору централизовано управлять всеми ресурсами одноранговой локальной сети.
Каждая рабочая станция может выполнять функции, как клиента,
так и сервера, т. е. предоставлять ресурсы другим рабочим станциям и
использовать ресурсы других рабочих станций.
Одноранговые локальные сети могут быть организованы на
базе всех современных 32-разрядных операционных систем –
Windows 95/98, Windows 2000, Windows XP, Windows VISTA. Для
эффективной работы в одноранговой сети количество рабочих станций не должно быть более 10.
Достоинства одноранговой локальной сети:
 низкая стоимость;
 высокая надежность.
25
Недостатки:
 работа ЛВС эффективна только при количестве одновременно
работающих станций не более 10;
 слабая защита информации;
 сложность обновления и изменения ПО рабочих станций.
Серверные локальные сети (многоуровневые или иерархические)
В локальных сетях с централизованным управлением сервер
обеспечивает взаимодействия между рабочими станциями, выполняет
функции хранения данных общего пользования, организует доступ к
этим данным и передает данные клиенту. Клиент обрабатывает полученные данные и предоставляет результаты обработки пользователю.
Необходимо отметить, что обработка данных может осуществляться и
на сервере.
Локальные сети с централизованным управлением, в которых
сервер предназначен только хранения и выдачи клиентам информации
по запросам, называются сетями с выделенным файл-сервером. Системы, в которых на сервере наряду с хранением осуществляется и
обработка информации, называются системами "клиент-сервер".
Необходимо отметить, что в серверных локальных сетях клиенту
непосредственно доступны только ресурсы серверов. Но рабочие
станции, входящие в ЛВС с централизованным управлением, могут
одновременно организовать между собой одноранговую локальную
сеть со всеми ее возможностями.
Программное обеспечение, управляющее работой ЛВС с централизованным управлением, состоит из двух частей:
 сетевой операционной системы, устанавливаемой на сервере;
 программного обеспечения на рабочей станции, представляющего набор программ, работающих под управлением операционной
системы, которая установлена на рабочей станции. При этом на разных рабочих станциях в одной сети могут быть установлены различные операционные системы.
В больших иерархических локальных сетях в качестве сетевых
ОС используются UNIX и LINUX, которые являются более надежными. Для локальных сетей среднего масштаба наиболее популярной
сетевой ОС является Windows 2003 Server.
В зависимости от способов использования сервера в иерархических сетях различают серверы следующих типов:
26
 Файловый сервер. В этом случае на сервере находятся совместно обрабатываемые файлы или (и) совместно используемые программы.
 Сервер баз данных. На сервере размещается сетевая база данных.
 Принт-сервер. К компьютеру подключается достаточно производительный принтер, на котором может быть распечатана информация сразу с нескольких рабочих станций.
 Почтовый сервер. На сервере хранится информация, отправляемая и получаемая как по локальной сети.
Достоинства:
 выше скорость обработки данных;
 обладает надежной системой защиты информации и обеспечения секретности;
 проще в управлении по сравнению с одноранговыми сетями.
Недостатки:
 сеть дороже из-за выделенного сервера;
 менее гибкая по сравнению с равноправной сетью.
4.3. Сетевые топологии
Все компьютеры в локальной сети соединены линиями связи.
Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и
физическое подключение узлов к сети называется физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры.
Различают физическую и логическую топологию. Логическая и
физическая топологии сети независимы друг от друга. Физическая
топология – это геометрия построения сети, а логическая топология
определяет направления потоков данных между узлами сети и способы передачи данных. В настоящее время в локальных сетях используются следующие физические топологии:
 физическая "шина" (bus);
 физическая “звезда” (star);
 коммутация сообщений.
 физическое “кольцо” (ring);
 физическая "звезда" и логическое "кольцо" (Token Ring).
27
Шинная топология
Сети с шинной топологией используют линейный моноканал
(коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема
(Т-коннектор). Данные от передающего узла сети передаются по шине
в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы
предотвращают отражение сигналов, т. е. используются для гашения
сигналов, которые достигают концов канала передачи данных. Таким
образом, информация поступает на все узлы, но принимается только
тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая
шина среда передачи данных используются совместно и одновременно всеми ПК сети, а сигналы от ПК распространяются одновременно
во все направления по среде передачи. Так как передача сигналов в
топологии физическая шина является широковещательной, т. е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.
Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой
Ethernet (классы 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно).
Преимущества сетей шинной топологии:
 отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;
 сеть легко настраивать и конфигурировать;
 сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.
Недостатки сетей шинной топологии:
 разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети;
 ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;
 трудно определить дефекты соединений.
Топология типа “звезда”
В сети, построенной по топологии типа “звезда”, каждая рабочая
станция подсоединяется кабелем (витой парой) к концентратору или
хабу (hub). Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК
28
и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом.
Данные от передающей станции сети передаются через хаб по
всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие
станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается. Так как передача сигналов в топологии физическая звезда является широковещательной, т. е. сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной
локальной сети является логической шиной.
Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой
10Base-T Ethernet.
Преимущества сетей топологии звезда:
 легко подключить новый ПК;
 имеется возможность централизованного управления;
 сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам
соединения отдельных ПК.
Недостатки сетей топологии звезда:
 отказ хаба влияет на работу всей сети;
 большой расход кабеля.
Топология “кольцо”
В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в
неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК.
Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают
на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же
направлении.
29
Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции
право на использование кольца в определенном порядке. Логическая
топология данной сети – логическое кольцо.
Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному
недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети.
Как правило, в чистом виде топология “кольцо” не применяется
из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.
Топология Token Ring
Эта топология основана на топологии "физическое кольцо с подключением типа звезда". В данной топологии все рабочие станции
подключаются к центральному концентратору (Token Ring), как в топологии физическая звезда. Центральный концентратор – это интеллектуальное устройство, которое с помощью перемычек обеспечивает
последовательное соединение выхода одной станции со входом другой станции.
Другими словами с помощью концентратора каждая станция соединяется только с двумя другими станциями (предыдущей и после30
дующей станциями). Таким образом, рабочие станции связаны петлей
кабеля, по которой пакеты данных передаются от одной станции к
другой и каждая станция ретранслирует эти посланные пакеты. В
каждой рабочей станции имеется для этого приемо-передающее
устройство, которое позволяет управлять прохождением данных в сети. Физически такая сеть построена по типу топологии “звезда”.
Концентратор создаёт первичное (основное) и резервное кольца.
Если в основном кольце произойдёт обрыв, то его можно обойти, воспользовавшись резервным кольцом, так как используется четырёхжильный кабель. Отказ станции или обрыв линии связи рабочей станции не влечёт за собой отказ сети, как в топологии кольцо, потому что
концентратор отключит неисправную станцию и замкнет кольцо передачи данных.
В архитектуре Token Ring маркер передаётся от узла к узлу по логическому кольцу, созданному центральным концентратором. Такая
маркерная передача осуществляется в фиксированном направлении
(направление движения маркера и пакетов данных представлено на
рисунке стрелками синего цвета). Станция, обладающая маркером,
может отправить данные другой станции.
31
Для передачи данных рабочие станции должны сначала дождаться прихода свободного маркера. В маркере содержится адрес станции,
пославшей этот маркер, а также адрес той станции, которой он предназначается. После этого отправитель передает маркер следующей в
сети станции для того, чтобы и та могла отправить свои данные.
Один из узлов сети (обычно для этого используется файл-сервер)
создаёт маркер, который отправляется в кольцо сети. Такой узел выступает в качестве активного монитора, который следит за тем, чтобы
маркер не был утерян или разрушен.
Преимущества сетей топологии Token Ring:
 топология обеспечивает равный доступ ко всем рабочим станциям;
 высокая надежность, так как сеть устойчива к неисправностям
отдельных станций и к разрывам соединения отдельных станций.
Недостатки сетей топологии Token Ring: большой расход кабеля и соответственно дорогостоящая разводка линий связи.
32
Тема 5. БАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ
5.1. Методы доступа и протоколы передачи данных
в локальных сетях
В различных сетях применяются различные сетевые протоколы
(протоколы передачи данных) для обмена данными между рабочими
станциями.
В 1980 году в Международном институте инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electronics Engineers – IEEE)
был организован комитет 802 по стандартизации локальных сетей.
Комитет 802 разработал семейство стандартов IЕЕЕ802.Х, которые
содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей.
Стандарты семейства IЕЕЕ802.Х охватывают только два нижних
уровня семиуровневой модели OSI – физический и канальный, так как
именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной
степени имеют общие черты как для локальных, так и глобальных сетей.
К наиболее распространенным методам доступа относятся:
Ethernet, ArcNet и Token Ring, которые реализованы соответственно в
стандартах IЕЕЕ802.3, IЕЕЕ802.4 и IЕЕЕ802.5. Кроме того, для локальных сетей, работающих на оптическом волокне, американским
институтом по стандартизации ASNI был разработан стандарт FDDI,
обеспечивающий скорость передачи данных 100 Мбит/с.
В этих стандартах канальный уровень разделяется на два подуровня, которые называются уровнями:
 управление логическим каналом (LCC – Logical Link Control)
 управление доступом к среде (MAC – Media Access Control).
Уровень управления доступом к среде передачи данных (MAC)
появился, так как в локальных сетях используется разделяемая среда
передачи данных. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов уровня MAC, реализующих разные
алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью
определяют специфику таких технологий локальных сетей, как
Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI.
После того, как доступ к среде получен, ею может воспользоваться более высокий канальный уровень – уровень LCC, организующий
передачу логических единиц данных, кадров информации с различным уровнем качества транспортных услуг.
33
Методы доступа к среде передачи данных
(методы доступа к каналам связи)
В локальных сетях, использующих разделяемую среду передачи
данных (например, локальные сети с топологией шина и физическая
звезда), актуальным является доступ рабочих станций к этой среде,
так как если два ПК начинают одновременно передавать данные, то в
сети происходит столкновение.
Для того чтобы избежать этих столкновений, необходим специальный механизм, способный решить эту проблему. Шинный арбитраж – это механизм призванный решить проблему столкновений. Он
устанавливает правила, по которым рабочие станции определяют, когда среда свободна и можно передавать данные.
Существуют два метода шинного арбитража в локальных сетях:
 обнаружение столкновений;
 передача маркера.
Обнаружение столкновений
Когда в локальных сетях работает метод обнаружения столкновений, компьютер сначала слушает, а потом передает. Если компьютер
слышит, что передачу ведет кто-то другой, он должен подождать
окончания передачи данных и затем предпринять повторную попытку.
В этой ситуации (два компьютера, передающие в одно и то же
время) система обнаружения столкновений требует, чтобы передающий компьютер продолжал прослушивать канал и, обнаружив на нем
чужие данные, прекращал передачу, пытаясь возобновить ее через небольшой (случайный) промежуток времени.
Прослушивание канала до передачи называется “прослушивание
несущей” (carrier sense), а прослушивание во время передачи – обнаружение столкновений (collision detection). Компьютер, поступающий
таким образом, использует метод, называющийся “обнаружение
столкновений с прослушиванием несущей”, сокращенно CSCD.
Передача маркера в локальных сетях
Системы с передачей маркера работают иначе. Для того чтобы
передать данные, компьютер сначала должен получить разрешение.
Это значит, он должен “поймать” циркулирующий в сети пакет данных специального вида, называемый маркером. Маркер перемещается
по замкнутому кругу, минуя поочередно каждый сетевой компьютер.
Каждый раз, когда компьютер должен послать сообщение, он ловит и держит маркер у себя. Как только передача закончилась, он посылает новый маркер в путешествие дальше по сети. Такой подход
34
дает гарантию, что любой компьютер рано или поздно получит право
поймать и удерживать маркер до тех пор, пока его собственная передача не закончится.
5.2. Методы обмена данными в локальных сетях
Для управления обменом (управления доступом к сети, арбитражу сети) используются различные методы, особенности которых в
значительной степени зависят от топологии сети.
Существует несколько групп методов доступа, основанных на
временном разделении канала:
 централизованные и децентрализованные;
 детерминированные и случайные.
Централизованный доступ управляется из центра управления сетью, например от сервера. Децентрализованный метод доступа функционирует на основе протоколов без управляющих воздействий со
стороны центра.
Детерминированный доступ обеспечивает каждой рабочей станции гарантированное время доступа (например, время доступа по расписанию) к среде передачи данных. Случайный доступ основан на
равноправности всех станций сети и их возможности в любой момент
обратиться к среде с целью передачи данных.
Централизованный доступ к моноканалу
В сетях с централизованным доступом используются два способа
доступа: метод опроса и метод передачи полномочий. Эти методы используются в сетях с явно выраженным центром управления.
Метод опроса
Обмен данными в ЛВС с топологией звезда с активным центром
(центральным сервером). При данной топологии все станции могут
решить передавать информацию серверу одновременно. Центральный
сервер может производить обмен только с одной рабочей станцией.
Поэтому в любой момент надо выделить только одну станцию, ведущую передачу.
Центральный сервер посылает запросы по очереди всем станциям. Каждая рабочая станция, которая хочет передавать данные (первая из опрошенных), посылает ответ или же сразу начинает передачу.
После окончания сеанса передачи центральный сервер продолжает
опрос по кругу. Станции, в данном случае, имеют следующие приоритеты: максимальный приоритет у той из них, которая ближе расположена к последней станции, закончившей обмен.
35
Обмен данными в сети с топологией шина. В этой топологии,
возможно, такое же централизованное управление, как и в “звезде”.
Один из узлов (центральный) посылает всем остальным запросы, выясняя, кто хочет передавать, и затем разрешает передачу тому из них,
кто после окончания передачи сообщает об этом.
Метод передачи полномочий (передача маркера)
Маркер – служебный пакет определенного формата, в который
клиенты могут помещать свои информационные пакеты. Последовательность передачи маркера по сети от одной рабочей станции к другой задается сервером. Рабочая станция получает полномочия на доступ к среде передачи данных при получении специального пакетамаркера. Данный метод доступа для сетей с шинной и звездной топологией обеспечиваетcя протоколом ArcNet.
Децентрализованный доступ к моноканалу
Рассмотрим децентрализованный детерминированный и случайный методы доступа к среде передачи данных.
К децентрализованному детерминированному методу относится
метод передачи маркера. Метод передачи маркера использует пакет,
называемый маркером. Маркер – это не имеющий адреса, свободно
циркулирующий по сети пакет, он может быть свободным или занятым.
Обмен данными в сети с топологией кольцо (децентрализованный детерминированный метод доступа)
1. В данной сети применяется метод доступа “передача маркера”.
Алгоритм передачи следующий:
а) узел, желающий передать, ждет свободный маркер, получив
который помечает его как занятый (изменяет соответствующие биты),
добавляет к нему свой пакет и результат отправляет дальше в кольцо;
б) каждый узел, получивший такой маркер, принимает его, проверяет, ему ли адресован пакет;
в) если пакет адресован этому узлу, то узел устанавливает в маркере специально выделенный бит подтверждения и отправляет измененный маркер с пакетом дальше;
г) передававший узел получает обратно свою посылку, прошедшую через все кольцо, освобождает маркер (помечает его как свободный) и снова посылает маркер в сеть. При этом передававший узел
знает, была ли получена его посылка или нет.
Для нормального функционирования данной сети необходимо,
чтобы один из компьютеров или специальное устройство следило за
тем, чтобы маркер не потерялся, а в случае пропажи маркера данный
компьютер должен создать его и запустить в сеть.
36
Обмен данными в сети с топологией шина (децентрализованный случайный метод доступа)
В этом случае все узлы имеют равный доступ к сети и решение,
когда можно передавать, принимается каждым узлом на месте, исходя
из анализа состояния сети. Возникает конкуренция между узлами за
захват сети, и, следовательно, возможны конфликты между ними, а
также искажения передаваемых данных из-за наложения пакетов.
Рассмотрим наиболее часто применяющийся метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (столкновений) (CSMA/CD). Суть алгоритма в следующем:
1) узел, желающий передавать информацию, следит за состоянием сети, и как только она освободится, то начинает передачу;
2) узел передает данные и одновременно контролирует состояние
сети (контролем несущей и обнаружением коллизий). Если столкновений не обнаружилось, передача доводится до конца;
3) если столкновение обнаружено, то узел усиливает его (передает еще некоторое время) для гарантии обнаружения всеми передающими узлами, а затем прекращает передачу. Также поступают и другие передававшие узлы;
4) после прекращения неудачной попытки узел выдерживает случайно выбираемый промежуток времени tзад, а затем повторяет свою
попытку передать, при этом контролируя столкновения.
При повторном столкновении tзад увеличивается. В конечном счете, один из узлов опережает другие узлы и успешно передает данные.
Метод CSMA/CD часто называют методом состязаний. Этот метод
для сетей с шинной топологией реализуется протоколом Ethernet.
5.3. Сетевые технологии локальных сетей
В локальных сетях, как правило, используется разделяемая среда
передачи данных (моноканал), и основная роль отводится протоколам
физического и канального уровней, так как эти уровни в наибольшей
степени отражают специфику локальных сетей.
Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения локальной вычислительной сети. Сетевые
технологии называют базовыми технологиями или сетевыми архитектурами локальных сетей.
Сетевая технология или архитектура определяет топологию и метод доступа к среде передачи данных, кабельную систему или среду
37
передачи данных, формат сетевых кадров, тип кодирования сигналов,
скорость передачи в локальной сети. В современных локальных вычислительных сетях широкое распространение получили такие технологии или сетевые архитектуры, как: Ethernet, Token-Ring, ArcNet,
FDDI.
Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.3/Ethernet
В настоящее время эта сетевая технология наиболее популярна в
мире. Популярность обеспечивается простыми, надежными и недорогими технологиями. В классической локальной сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий).
Однако все большее распространение получила версия Ethernet,
использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж
и обслуживание их гораздо проще. В локальных сетях Ethernet применяются топологии типа “шина” и типа “пассивная звезда”, а метод
доступа CSMA/CD.
Стандарт IEEE802.3 в зависимости от типа среды передачи данных имеет модификации:
 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель) – обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 500 м;
 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель) – обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 200 м;
 10BASE-T (неэкранированная витая пара) – позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 100 м. Общее количество узлов не должно превышать
1024;
 10BASE-F (оптоволоконный кабель) – позволяет создавать
сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 2 000 м.
В развитие сетевой технологии Ethernet созданы высокоскоростные варианты: IEEE802.3u/Fast Ethernet и IEEE802.3z/Gigabit Ethernet.
Основная топология, которая используется в локальных сетях Fast
Ethernet и Gigabit Ethernet – пассивная звезда.
Сетевая технология Fast Ethernet обеспечивает скорость передачи
100 Мбит/с и имеет три модификации:
 100BASE-T4 – используется неэкранированная витая пара
(счетверенная витая пара). Расстояние от концентратора до конечного
узла до 100 м;
38
 100BASE-TX – используются две витые пары (неэкранированная и экранированная). Расстояние от концентратора до конечного
узла до 100 м;
 100BASE-FX – используется оптоволоконный кабель (два волокна в кабеле). Расстояние от концентратора до конечного узла до
2 000 м.
Сетевая технология локальных сетей Gigabit Ethernet – обеспечивает скорость передачи 1000 Мбит/с. Существуют следующие модификации стандарта:
 1000BASE-SX – применяется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 850 нм;
 1000BASE-LX – используется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 1300 нм;
 1000BASE-CX – используется экранированная витая пара;
 1000BASE-T – применяется счетверенная неэкранированная
витая пара.
Локальные сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet совместимы с локальными сетями, выполненными по технологии (стандарту) Ethernet,
поэтому легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и
Gigabit Ethernet в единую вычислительную сеть.
Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.5/Token-Ring
Сеть Token-Ring предполагает использование разделяемой среды
передачи данных, которая образуется объединением всех узлов в
кольцо. Сеть Token-Ring имеет звездно-кольцевую топологию (основная кольцевая и звездная дополнительная топология). Для доступа к
среде передачи данных используется маркерный метод (детерминированный маркерный метод). Стандарт поддерживает витую пару (экранированную и неэкранированную) и оптоволоконный кабель. Максимальное число узлов на кольце – 260, максимальная длина кольца –
4 000 м. Скорость передачи данных до 16 Мбит/с.
Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.4/ArcNet
В качестве топологии локальная сеть ArcNet использует “шину” и
“пассивную звезду”. Поддерживает экранированную и неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель. В сети ArcNet для доступа к среде передачи данных используется метод передачи полномочий. Локальная сеть ArcNet – это одна из старейших сетей и пользовалась большой популярностью. Среди основных достоинств локальной сети ArcNet можно назвать высокую надежность, низкую
стоимость адаптеров и гибкость. Основным недостаткам сети является
39
низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с). Максимальное
количество абонентов – 255. Максимальная длина сети – 6 000 метров.
Сетевые технологии локальных сети FDDI (Fiber Distributed
Data Interface)
FDDI – стандартизованная спецификация для сетевой архитектуры высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям.
Скорость передачи – 100 Мбит/с. Эта технология во многом базируется на архитектуре Token-Ring и используется детерминированный
маркерный доступ к среде передачи данных. Максимальная протяженность кольца сети – 100 км. Максимальное количество абонентов
сети – 500. Сеть FDDI – это очень высоконадежная сеть, которая создается на основе двух оптоволоконных колец, образующих основной
и резервный пути передачи данных между узлами.
5.4. Сравнение технологий и определение конфигурации
На данной страничке представлены сравнительные характеристики наиболее распространенных технологий ЛВС.
Характеристики
FDDI
Ethernet
Token Ring
ArcNet
Скорость
передачи
100 Мбит/с
10 (100)
Мбит/с
16 Мбит/с
2,5 Мбит/с
Топология
кольцо
шина
кольцо/звезда шина, звезда
Коаксиальный
Коаксиальный
кабель,
Витая пара,
кабель,
витая пара, оптоволокно витая пара,
оптоволокно
оптоволокно
Среда передачи
Оптоволокно,
витая пара
Метод доступа
Маркер
CSMA/CD
Маркер
Маркер
100 км
2 500 м
4 000 м
6 000 м
500
1024
260
255
2 км
2 500 м
100 м
600 м
Максимальная
протяженность
сети
Максимальное
количество узлов
Максимальное
расстояние между
узлами
40
Тема 6. ОСНОВНЫЕ ПРОГРАММНЫЕ И АППАРАТНЫЕ
КОМПОНЕНТЫ ЛВС
6.1. Многослойная модель сети
Определение конфигурации сетей
Перед проектированием ЛВС необходимо определить цели создания сети, особенности ее организационного и технического использования:
1. Какие проблемы предполагается решать при использовании
ЛВС?
2. Какие задачи планируется решать в будущем?
3. Кто будет выполнять техническую поддержку и обслуживание
ЛВС?
4. Нужен ли доступ из ЛВС к глобальной сети?
5. Какие требования предъявляются к секретности и безопасности
информации?
Необходимо учитывать и другие проблемы, которые влияют на
цели создания сетей и особенности ее организационного и технического использования.
При построении сети конфигурация сети определяется требованиями, предъявляемыми к ней, а также финансовыми возможностями
компании и базируется на существующих технологиях и на принятых
во всем мире стандартах построения ЛВС.
Исходя из требований, в каждом отдельном случае выбирается
топология сети, кабельная структура, протоколы и методы передачи
данных, способы организации взаимодействия устройств, сетевая операционная система.
Эффективность функционирования ЛВС определяется параметрами, выбранными при конфигурировании сети:
 типом (одноранговая или с выделенным сервером);
 топологией;
 типом доступа к среде передачи данных;
 максимальной пропускной способностью сети;
 максимальным количеством рабочих станций;
 типом компьютеров в сети (однородные или неоднородные
сети);
 максимальной допустимой протяженностью сети;
41
 максимальным допустимым удалением рабочих станций друг
от друга;
 качеством и возможностями сетевой операционной системы;
 объемом и технологией использования информационного
обеспечения (баз данных);
 средствами и методами защиты информации в сети;
 средствами и методами обеспечения отказоустойчивости ЛВС
и другими параметрами, которые влияют на эффективность функционирования ЛВС.
6.2. Коммуникационное оборудование вычислительных сетей
Сетевые адаптеры – это коммуникационное оборудование
Сетевой адаптер (сетевая карта) – это устройство двунаправленного обмена данными между ПК и средой передачи данных вычислительной сети. Кроме организации обмена данными между ПК и вычислительной сетью, сетевой адаптер выполняет буферизацию (временное хранение данных) и функцию сопряжения компьютера с сетевым кабелем. Сетевыми адаптерами реализуются функции физического уровня, а функции канального уровня семиуровневой модели ISO
реализуются сетевыми адаптерами и их драйверами.
Адаптеры снабжены собственным процессором и памятью. Карты
классифицируются по типу порта, через который они соединяются с
компьютером: ISA, PCI, USB. Наиболее распространенные из них –
это сетевые карты PCI. Карта, как правило, устанавливается в слот
расширения PCI, расположенный на материнской плате ПК, и подключается к сетевому кабелю разъемами типа: RJ-45 или BNC.
Сетевые карты можно разделить на два типа:
 адаптеры для клиентских компьютеров;
 адаптеры для серверов.
В зависимости от применяемой технологии вычислительных сетей Ethernet, Fast Ethernet или Gigabit Ethernet, сетевые карты обеспечивают скорость передачи данных: 10, 100 или 1 000 Мбит/с.
Сетевые кабели вычислительных сетей
В качестве кабелей соединяющих отдельные ПК и коммуникационное оборудование в вычислительных сетях применяются: витая пара, коаксиальный кабель, оптический кабель, свойства которых изложены в разделе "Линии связи и каналы передачи данных".
42
Промежуточное коммуникационное оборудование вычислительных сетей
В качестве промежуточного коммуникационного оборудования
применяются: трансиверы (transceivers), повторители (repeaters), концентраторы (hubs), коммутаторы (switches), мосты (bridges), маршрутизаторы (routers) и шлюзы (gateways).
Промежуточное коммуникационное оборудования вычислительных сетей используется для усиления и преобразования сигналов, для
объединения ПК в физические сегменты, для разделения вычислительных сетей на подсети (логические сегменты) с целью увеличения
производительности сети, а также для объединения подсетей (сегментов) и сетей в единую вычислительную сеть.
Физическая структуризация вычислительных сетей объединяет
ПК в общую среду передачи данных, т. е. образует физические сегменты сети, но при этом не изменяет направление потоков данных. Физические сегменты упрощают подключение к сети большого
числа ПК.
Логическая структуризация разделяет общую среду передачи
данных на логические сегменты и тем самым устраняет столкновения
(коллизии) данных в вычислительных сетях. Логические сегменты или
подсети могут работать автономно и по мере необходимости компьютеры из разных сегментов могут обмениваться данными между собой.
Протоколы управления в вычислительных сетях остаются такими же,
какие применяются и в неразделяемых сетях.
Трансиверы и повторители обеспечивают усиление и преобразование сигналов в вычислительных сетях. Концентраторы и коммутаторы служат для объединения нескольких компьютеров в требуемую
конфигурацию локальной вычислительной сети.
Концентраторы являются средством физической структуризации
вычислительной сети, так как разбивают сеть на сегменты. Коммутаторы предназначены для логической структуризации вычислительной
сети, так как разделяют общую среду передачи данных на логические
сегменты и тем самым устраняют столкновения.
Для соединения подсетей (логических сегментов) и различных
вычислительных сетей между собой в качестве межсетевого интерфейса применяются коммутаторы, мосты, маршрутизаторы и шлюзы.
Повторители – это аппаратные устройства, предназначенные для
восстановления и усиления сигналов в вычислительных сетях с целью
увеличения их длины.
43
Трансиверы или приемопередатчики – это аппаратные устройства, служащие для двунаправленной передачи между адаптером и
сетевым кабелем или двумя сегментами кабеля. Основной функцией
трансивера является усиление сигналов. Трансиверы применяются и в
качестве конверторов для преобразования электрических сигналов в
другие виды сигналов (оптические или радиосигналы) с целью использования других сред передачи информации.
Концентраторы – это аппаратные устройства множественного
доступа, которые объединяют в одной точке отдельные физические
отрезки кабеля, образуют общую среду передачи данных или физические сегменты сети.
Коммутаторы – это программно-аппаратные устройства, которые делят общую среду передачи данных на логические сегменты.
Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов с помощью концентраторов. Каждый логический
сегмент подключается к отдельному порту коммутатора.
Мосты – это программно-аппаратные устройства, которые обеспечивают соединение нескольких локальных сетей между собой или
нескольких частей одной и той же сети, работающих с разными протоколами. Мосты предназначены для логической структуризации сети
или для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия. Мост изолирует трафик одной части сети от
трафика другой части, повышая общую производительность передачи
данных.
Маршрутизаторы – это коммуникационное оборудование, которое обеспечивает выбор маршрута передачи данных между несколькими сетями, имеющими различную архитектуру или протоколы.
Маршрутизаторы применяют только для связи однородных сетей и в
разветвленных сетях, имеющих несколько параллельных маршрутов.
Маршрутизаторами и программными модулями сетевой операционной системы реализуются функции сетевого уровня.
Шлюзы – это коммуникационное оборудование (например, компьютер), служащее для объединения разнородных сетей с различными
протоколами обмена. Шлюзы полностью преобразовывают весь поток
данных, включая коды, форматы, методы управления и т. д.
Коммуникационное оборудование: мосты, маршрутизаторы и
шлюзы в локальной вычислительной сети – это, как правило, выделенные компьютеры со специальным программным обеспечением.
44
6.3. Программное обеспечение вычислительных сетей
(программные компоненты ЛВС)
Программное обеспечение вычислительных сетей состоит из трех
составляющих:
1) автономных операционных систем (ОС), установленных на рабочих станциях;
2) сетевых операционных систем, установленных на выделенных
серверах, которые являются основой любой вычислительной сети;
3) сетевых приложений или сетевых служб.
Автономные ОС (программное обеспечение вычислительных
сетей)
В качестве автономных ОС для рабочих станций, как правило,
используются современные 32-разрядные операционные системы –
Windows 95/98, Windows 2000, Windows XP, Windows VISTA,
Windows 7 (Seven).
Сетевые ОС (программное обеспечение вычислительных
сетей)
В качестве сетевых ОС в вычислительных сетях применяются:
 ОС Unix;
 ОС NetWare фирмы Novell;
 Сетевые ОС фирмы Microsoft (ОС Windows NT, Microsoft
Windows 2000 Server, Windows Server 2003, Windows Server 2008).
Сетевые операционные системы необходимы для управления потоками сообщений между рабочими станциями и серверами. Они организуют коллективный доступ ко всем ресурсам сети.
Получение доступа к ресурсам локальных вычислительных сетей
предусматривает выполнение трех процедур: идентификация, аутентификация и авторизация:
1. Идентификация – присвоение пользователю уникального имени или кода (идентификатора).
2. Аутентификация – установление подлинности пользователя,
представившего идентификатор. Наиболее распространенным способом аутентификации является присвоение пользователю пароля и
хранение его в компьютере.
3. Авторизация – проверка полномочий или проверка права пользователя на доступ к конкретным ресурсам и выполнение определенных операций над ними. Авторизация проводится с целью разграничения прав доступа к сетевым и компьютерным ресурсам.
45
Средства аутентификации, авторизации и идентификации предназначены для управления информационной безопасностью вычислительных сетей.
В большинство сетевых операционных систем встроена поддержка протоколов: TCP/IP, IPX/SPX, NetBEUI.
TCP/IP – эти протоколы были разработаны для сети Министерства обороны США ARPAnet, они поддерживаются сетевыми операционными системами Unix, Windows и т. д. Протоколы TCP/IP – это
базовые протоколы сети Интернет.
IPX/SPX – протоколы, разработанные фирмой Novell, поддерживаются операционной системой NetWare, разработанной также фирмой Novell, Windows и др. Novell была одной из первых компаний,
которые начали создавать ЛВС. Основным элементом локальной сети
Novell NetWare является файловый сервер. На нем размещается сетевая операционная система, база данных и прикладные программы
пользователей. В настоящее время наиболее распространенными являются локальные сети на базе сетевых плат Ethernet с операционной
системой Novell NetWare.
NetBEUI – разработчик этого протокола фирма IBM. Протокол
предназначен для небольших локальных вычислительных сетей, в нем
отсутствует маршрутизация, его поддерживают операционные системы фирм IBM и Microsoft.
Сетевые приложения (программное обеспечение вычислительных сетей)
Для пользователей локальных вычислительных сетей большой
интерес представляет набор сетевых служб, с помощью которых он
получает возможность просмотреть список имеющихся в сети компьютеров, прочесть удаленный файл, распечатать документ на принтере,
установленном на другом компьютере в сети или послать почтовое
сообщение.
Реализация сетевых служб осуществляется программным обеспечением (программными средствами). Файловая служба и служба печати предоставляются операционными системами, а остальные службы
обеспечиваются сетевыми прикладными программами или приложениями. К традиционным сетевым службам относятся: Telnet, FTP,
HTTP, SMTP, POP-3.
Служба Telnet позволяет организовывать подключения пользователей к серверу по протоколу Telnet.
46
Служба FTP обеспечивает пересылку файлов с Web-серверов.
Эта служба обеспечивается Web-обозревателями (Internet Explorer,
Mozilla Firefox, Opera и др.)
HTTP – служба, предназначенная для просмотра Web-страниц
(Web-сайтов), обеспечивается сетевыми прикладными программами:
Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera и др.
SMTP, POP-3 – службы входящей и исходящей электронной почты. Реализуются почтовыми прикладными программами: Outlook
Express, The Bat и др.
6.4. Доступ к сетевым ресурсам локальной вычислительной сети
Для работы в локальной сети служит системная папка Сетевое
окружение, в которой отображаются все доступные ресурсы ЛВС.
Для отображения списка всех компьютеров, входящих в рабочую
группу, необходимо щелкнуть мышью на пункте "Отобразить компьютеры рабочей группы" в командной панели "Сетевые задачи" окна
"Сетевое окружение".
Дважды щелкнув мышью на значке любого из удаленных компьютеров в окне "Сетевое окружение", можно увидеть, какие его ресурсы доступны для работы. С этими удаленными ресурсами можно работать так же, как с файлами локальных дисков в программе Проводник.
Управление сетевым доступом к дискам, папкам, принтеру
Для того чтобы другие пользователи ЛВС могли обращаться к ресурсам вашего ПК таким, как принтер, логические диски, папки и
файлы, необходимо открыть сетевой доступ к этим ресурсам и установить права пользователей для работы с каждым из этих ресурсов.
Доступ к дискам
Можно открыть пользователям локальной сети доступ к дискам
ПК, что позволяет им просматривать, редактировать и сохранять файлы на этих дисках. Чтобы открыть пользователям доступ к дисковым
ресурсам вашего ПК, необходимо выполнить следующее:
 Откройте системную папку "Мой компьютер" и выберите требуемый диск, например диск Е.
 Щелкните на значке диска правой кнопкой мыши и выберите
из контекстного меню команду "Общий доступ и безопасность... "
 В появившемся окне диалога "Свойства: Локальный диск (Е)"
установите переключатель в положение "Открыть общий доступ к
этой папке". В текстовой строке "Общий ресурс" появится надпись "Е".
47
 Установите предельное число пользователей.
 Для выбора прав доступа к общему диску нажмите кнопку
"Разрешение".
 В открывшемся окне диалога "Разрешение для Е" установите
пользователей и права пользователей.
Доступ к папкам
Чтобы настроить сетевой доступ к какой-либо папке на жестком
диске компьютера, необходимо выполнить:
 Щелкните на значке требуемой папки правой кнопкой мыши и
выберите из контекстного меню команду "Общий доступ и безопасность... "
 Далее выполнить все действия аналогичные действиям при
назначении общего доступа к диску.
Доступ к принтеру
Для того чтобы открыть пользователям ЛВС доступ к принтеру,
который подключен к вашему ПК, необходимо выполнить следующее:
 Выполните команду "Пуск" – "Настройка" – "Панель управления" – "Принтеры и факсы".
 Щелкните на значке локального принтера, подключенного к
этому компьютеру, правой кнопкой мыши и выберите из контекстного меню команду "Общий доступ".
 На вкладке "Доступ" установите переключатель в положение
"Общий доступ к данному принтеру".
 Щелкните на кнопках "Применить" и "ОК" в окне, чтобы сохранить внесенные изменения.
Подключение сетевого принтера
Принтер, подключенный к одному из компьютеров локальной сети, можно использовать для распечатки документа с любого компьютера сети. Для этого компьютер локальной сети, к которому подключен принтер, должен разрешить доступ к принтеру другим пользователям сети, т. е. должен быть установлен режим "Общий доступ к
данному принтеру".
Далее необходимо выполнить настройку ПК, с которого будет
осуществляться распечатка документа:
 Выполните команду "Пуск" – "Настройка" – "Панель управления" – "Принтеры и факсы";
 Выберите команду "Файл" – "Установить принтер";
48
 В появившемся окне "Мастер установки принтеров" нажмите
на кнопке "Далее";
 В следующем окне выберите пункт "Сетевой принтер или
принтер, подключенный к другому компьютеру" и щелкните "Далее".
 В следующем окне установите переключатель в положение
"Обзор принтеров" и щелкните "Далее";
 В предложенном списке принтеров, доступных для работы в
локальной сети, выберите требуемый принтер и нажмите на кнопке
"Далее";
 В окне "Использовать этот принтер по умолчанию" установите
переключатель в положение "Да".
49
Тема 7. СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.
ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ (WAN)
7.1. Глобальные сети с коммутацией каналов и пакетов
Глобальные сети Wide Area Networks (WAN), которые относятся
к территориальным компьютерным сетям, предназначены, как и локальные сети, для предоставления услуг, но значительно большему
количеству пользователей, находящихся на большой территории.
Методы коммутации. В глобальных сетях существует три принципиально различные схемы коммутации:
 коммутация каналов;
 коммутация сообщений;
 коммутация пакетов.
Коммутация каналов в глобальных сетях – процесс, который по
запросу осуществляет соединение двух или более станций данных и
обеспечивает монопольное использование канала передачи данных до
тех пор, пока не произойдет разъединение. Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков
для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой – коммутаторами,
которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети.
Коммутация сообщений в глобальных сетях – процесс пересылки данных, включающий прием, хранение, выбор исходного
направления и дальнейшую передачу сообщений без нарушения их
целостности. Используются в тех случаях, когда не ожидается немедленной реакции на сообщение. Сообщения передаются между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией их на дисках
каждого компьютера. Сообщениями называются данные, объединенные смысловым содержанием, имеющие определенную структуру и
пригодные для обработки, пересылки или использования.
Источниками сообщений могут быть голос, изображение, текст,
данные. Для передачи звука традиционно используется телефон, изображения – телевидение, текста – телеграф (телетайп), данных – вычислительные сети. Установление соединения между отправителем и
получателем с возможностью обмена сообщениями без заметных временных задержек характеризует режим работы online. При суще50
ственных задержках с запоминанием информации в промежуточных
узлах имеем режим offline.
Коммутация пакетов в глобальных сетях – это коммутация сообщений, представляемых в виде адресуемых пакетов, когда канал
передачи данных занят только во время передачи пакета и по ее завершению освобождается для передачи других пакетов. Коммутаторы
сети, в роли которых выступают шлюзы и маршрутизаторы, принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации
передают их друг другу, а в конечном итоге – станции назначения.
В глобальных сетях для передачи информации применяются следующие виды коммутации:
 коммутация каналов (используется при передаче аудиоинформации по обычным телефонным линиям связи;
 коммутация сообщений (применяется в основном для передачи
электронной почты, в телеконференциях, электронных новостях);
 коммутация пакетов (для передачи данных, в настоящее время
используется также для передачи аудио- и видеоинформации).
Достоинством сетей коммутации каналов является простота реализации (образование непрерывного составного физического канала),
а недостатком – низкий коэффициент использования каналов, высокая
стоимость передачи данных, повышенное время ожидания других
пользователей.
При коммутации сообщений передача данных (сообщения) осуществляется после освобождения канала, пока оно не дойдет до адресата. Каждый сервер производит прием, проверку, сборку, маршрутизацию и передачу сообщения. К достоинствам можно отнести –
уменьшение стоимости передачи данных. Недостатком данного способа является низкая скорость передачи информации, невозможность
ведения диалога между пользователями.
Пакетная коммутация подразумевает обмен небольшими пакетами (часть сообщения) фиксированной структуры, которые не дают
возможности образования очередей в узлах коммутации. Достоинства:
быстрое соединение, надежность, эффективность использования сети.
7.2. Структура и основные принципы построения Интернет
Internet – всемирная информационная компьютерная сеть, представляющая собой объединение множества региональных компьютерных сетей и компьютеров, обменивающихся друг с другом информа51
цией по каналам общественных телекоммуникаций (выделенным телефонным аналоговым и цифровым линиям, оптическим каналам связи и радиоканалам, в том числе спутниковым линиям связи).
Информация в Internet хранится на серверах. Серверы имеют свои
адреса и управляются специализированными программами. Они позволяют пересылать почту и файлы, производить поиск в базах данных
и выполнять другие задачи.
Обмен информацией между серверами сети выполняется по высокоскоростным каналам связи (выделенным телефонным линиям,
оптоволоконным и спутниковым каналам связи). Доступ отдельных
пользователей к информационным ресурсам Internet обычно осуществляется через провайдера или корпоративную сеть.
Провайдер – поставщик сетевых услуг – лицо или организация
предоставляющие услуги по подключению к компьютерным сетям. В
качестве провайдера выступает некоторая организация, имеющая модемный пул для соединения с клиентами и выхода во всемирную сеть.
Основными ячейками глобальной сети являются локальные вычислительные сети. Если некоторая локальная сеть непосредственно
подключена к глобальной, то и каждая рабочая станция этой сети может быть подключена к ней.
Существуют также компьютеры, которые непосредственно подключены к глобальной сети. Они называются хост-компьютерами
(host – хозяин). Хост – это любой компьютер, являющийся постоянной
частью Internet, т. е. соединенный по Internet-протоколу с другим хостом, который в свою очередь, соединен с другим, и так далее.
52
Структура глобальной сети Internet
Для подсоединения линий связи к компьютерам используются
специальные электронные устройства, которые называются сетевыми
платами, сетевыми адаптерами, модемами и т. д.
Практически все услуги Internet построены на принципе клиент –
сервер. Вся информация в Интернет хранится на серверах. Обмен
информацией между серверами осуществляется по высокоскоростным каналам связи или магистралям. Серверы, объединенные высокоскоростными магистралями, составляют базовую часть сети Интернет.
Отдельные пользователи подключаются к сети через компьютеры
местных поставщиков услуг Интернета – Internet-провайдеров (Internet
Service Provider – ISP), которые имеют постоянное подключение к Интернет. Региональный провайдер подключается к более крупному –
провайдеру национального масштаба, имеющего узлы в различных
городах страны. Сети национальных провайдеров объединяются в сети транснациональных провайдеров или провайдеров первого уровня.
Объединенные сети провайдеров первого уровня составляют глобальную сеть Internet.
Передача информации в Интернет обеспечивается благодаря тому, что каждый компьютер в сети имеет уникальный адрес (IP-адрес),
а сетевые протоколы обеспечивают взаимодействие разнотипных
компьютеров, работающих под управлением различных операционных систем.
В основном в Интернет используется семейство сетевых протоколов (стек) TCP/IP. На канальном и физическом уровне стек TCP/IP
поддерживает технологию Ethernet, FDDI и другие технологии. Основой семейства протоколов TCP/IP является сетевой уровень, представленный протоколом IP, а также различными протоколами маршрутизации. Этот уровень обеспечивает перемещение пакетов в сети и
управляет их машрутизацией. Размер пакета, параметры передачи,
контроль целостности осуществляется на транспортном уровне TCP.
Прикладной уровень объединяет все службы, которые система
предоставляет пользователю. К основным прикладным протоколам
относятся: протокол удаленного доступа telnet, протокол передачи
файлов FTP, протокол передачи гипертекста HTTP, протоколы электронной почты: SMTP, POP, IMAP, MIME.
53
7.3. Способы доступа в Интернет
В настоящее время известны следующие способы доступа в Интернет:
1. Dial-Up (когда компьютер пользователя подключается к серверу провайдера, используя телефон) – коммутируемый доступ по аналоговой телефонной сети, скорость передачи данных до 56 Кбит/с;
2. DSL (Digital Subscriber Line) – семейство цифровых абонентских линий, предназначенных для организации доступа по аналоговой
телефонной сети, используя кабельный модем. Эта технология (ADSL,
VDSL, HDSL, ISDL, SDSL, SHDSL, RADSL под общим названием
xDSL) обеспечивает высокоскоростное соединение до 50 Мбит/с
(фактическая скорость до 2 Мбит/с). Основным преимуществом технологий xDSL является возможность значительно увеличить скорость
передачи данных по телефонным проводам без модернизации абонентской телефонной линии. Пользователь получает доступ в сеть
Интернет с сохранением обычной работы телефонной связи;
3. ISDN – коммутируемый доступ по цифровой телефонной сети.
Главная особенность использования ISDN – это высокая скорость передачи информации, по сравнению с Dial-Up доступом. Скорость передачи данных составляет 64 Кбит/с при использовании одного и
128 Кбит/с – при использовании двух каналов связи;
4. Доступ в Интернет по выделенным линиям (аналоговым и цифровым). Доступ по выделенной линии – это такой способ подключения к Интернет, когда компьютер пользователя соединен с сервером
провайдера с помощью кабеля (витой пары), и это соединение является постоянным, т. е. некоммутируемым, и в этом главное отличие от
обычной телефонной связи. Скорость передачи данных до 100 Мбит/c.
5. Доступ в Интернет по локальной сети (Fast Ethernet). Подключение осуществляется с помощью сетевой карты (10/100 Мбит/с) со
скоростью передачи данных до 1 Гбит/с на магистральных участках и
100 Мбит/с для конечного пользователя. Для подключения компьютера пользователя к Интернет в квартиру подводится отдельный кабель
(витая пара), при этом телефонная линия всегда свободна.
6. Спутниковый доступ в Интернет, или спутниковый Интернет
(DirecPC, Europe Online). Спутниковый доступ в Интернет бывает
двух видов – ассиметричный и симметричный:
 Обмен данными компьютера пользователя со спутником двухсторонний;
54
 Запросы от пользователя передаются на сервер спутникового
оператора через любое доступное наземное подключение, а сервер
передает данные пользователю со спутника. Максимальная скорость
приема данных до 52,5 Мбит/с (реальная средняя скорость до
3 Мбит/с).
7. Доступ в Интернет с использованием каналов кабельной телевизионной сети, скорость приема данных от 2 до 56 Мб/с. Кабельный
Интернет (“coax at a home”). В настоящее время известны две архитектуры передачи данных – это симметричная и асимметричная архитектуры. Кроме того, существует два способа подключения: а) кабельный модем устанавливается отдельно в каждой квартире пользователей; б) кабельный модем устанавливается в доме, где живет сразу
несколько пользователей услуг Интернета. Для подключения пользователей к общему кабельному модему используется локальная сеть и
устанавливается общее на всех оборудование Ethernet.
8. Беспроводные технологии последней мили:
 WiFi;
 WiMax;
 RadioEthernet;
 MMDS;
 LMDS;
 Мобильный GPRS-Интернет;
 Мобильный CDMA-Internet.
WiFi (Wireless Fidelity – точная передача данных без проводов) –
технология широкополосного доступа к сети Интернет. Скорость передачи информации для конечного абонента может достигать
54 Мбит/с. Радиус их действия не превышает 50–70 метров. Беспроводные точки доступа применяются в пределах квартиры или в общественных местах крупных городов. Имея ноутбук или карманный персональный компьютер с контроллером WiFi, посетители кафе или ресторана (в зоне покрытия сети WiFi) могут быстро соединиться с Интернетом.
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), аналогично WiFi – технология широкополосного доступа к Интернет.
WiMAX, в отличие от традиционных технологий радиодоступа, работает и на отраженном сигнале, вне прямой видимости базовой станции. Эксперты считают, что мобильные сети WiMAX открывают гораздо более интересные перспективы для пользователей, чем фиксированный WiMAX, предназначенный для корпоративных заказчиков.
55
Информацию можно передавать на расстояния до 50 км со скоростью
до 70 Мбит/с.
В настоящее время WiMAX частично удовлетворяет условиям сетей 4G, основанных на пакетных протоколах передачи данных. К семейству 4G относят технологии, которые позволяют передавать данные в сотовых сетях со скоростью выше 100 Мбит/с и повышенным
качеством голосовой связи. Для передачи голоса в 4G предусмотрена
технология VoIP.
RadioEthernet – технология широкополосного доступа к Интернет,
обеспечивает скорость передачи данных от 1 до 11 Мбит/с, которая
делится между всеми активными пользователями. Для работы
RadioEthernet-канала необходима прямая видимость между антеннами
абонентских точек. Радиус действия до 30 км.
MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System). Эти системы
способны обслуживать территорию в радиусе 50–60 км, при этом
прямая видимость передатчика оператора является не обязательной.
Средняя гарантированная скорость передачи данных составляет
500 Кбит/с – 1 Мбит/с, но можно обеспечить до 56 Мбит/с на один
канал.
LMDS (Local Multipoint Distribution System) – это стандарт сотовых сетей беспроводной передачи информации для фиксированных
абонентов. Система строится по сотовому принципу, одна базовая
станция позволяет охватить район радиусом в несколько километров
(до 10 км) и подключить несколько тысяч абонентов. Сами БС объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами
связи либо радиоканалами (RadioEthernet). Скорость передачи данных
до 45 Мбит/c.
Мобильный GPRS – Интернет. Для пользования услугой "Мобильный Интернет" при помощи технологии GPRS необходимо иметь
телефон со встроенным GPRS-модемом и компьютер. Технология
GPRS обеспечивает скорость передачи данных до 114 Кбит/с. При использовании технологии GPRS тарифицируется не время соединения с
Интернетом, а суммарный объем переданной и полученной информации. Вы сможете просматривать HTML-страницы, перекачивать файлы, работать с электронной почтой и любыми другими ресурсами Интернет.
Технология GPRS – это усовершенствование базовой сети GSM
или протокол пакетной коммутации для сетей стандарта GSM. EDGE
является продолжением развития сетей GSM/GPRS. Технология
EDGE (улучшенный GPRS или EGPRS) обеспечивает более высо56
кую скорость передачи данных по сравнению с GPRS (скорость
до 200 Кбит/сек). EDGE (2,5 G) – это первый шаг на пути к 3G технологии.
Мобильный CDMA-Internet. Сеть стандарта CDMA – это стационарная и мобильная связь, а также скоростной мобильный интернет.
Для пользования услугой "Мобильный Интернет" при помощи технологии CDMA необходимо иметь телефон со встроенным CDMAмодемом или CDMA-модем и компьютер. Технология CDMA обеспечивает скорость передачи данных до 153 Кбит/с или до 2 400 Кбит/с –
по технологии EV-DO Revision 0.
В настоящее время технология CDMA предоставляет услуги мобильной связи третьего поколения. Технологии мобильной связи 3G
(third generation – третье поколение) – набор услуг, который обеспечивает как высокоскоростной мобильный доступ к сети Интернет, так и
организовывает видеотелефонную связь и мобильное телевидение.
Мобильная связь третьего поколения строится на основе пакетной передачи данных. Сети третьего поколения 3G работают в диапазоне
около 2 ГГц, передавая данные со скоростью до 14 Мбит/с.
Сети третьего поколения 3G реализованы на различных технологиях, основанных на следующих стандартах: W-CDMA (Wideband
Code Division Multiple Access) и его европейском варианте – UMTS
(Universal Mobile Telecommunication System), который является
приемником GSM/GPRS/EDGE; CDMA2000 1X, являющимся модификацией стандарта CDMA; китайским вариантом сети является
TD-CDMA/TD-SCDMA.
9. В настоящее время для "последних метров" доступа в Internet
применяются технологии HomePNA (HPNA) и HomePlug. Доступ в
Интернет по выделенным линиям HomePNA или HPNA (телефонным
линиям) и доступ через бытовую электрическую сеть напряжением
220 вольт (HomePlug, Plug – это штепсель).
Обычно доступ к Интернету по выделенным линиям HomePNA и
HomePlug комбинируется с такими методами доступа как DSL, WiFi,
и другими, т. е. для "последних метров" доступа применяются технологии HomePNA и HomePlug, а в качестве "последней мили" доступа
используются DSL, WiFi и другие технологии.
Скорость передачи данных HPNA 1.0 составляет 1 Мбит/с, а расстояние между наиболее удаленными узлами не превышает 150 метров. Спецификация HomePNA 2.0 обеспечивает доступ со скоростью
до 10 Мбит/с и расстояние до 350 м.
57
Технология HomePNA применяется в основном для организации
домашней сети с помощью сетевых адаптеров. Подключение к глобальной сети можно осуществить с помощью роутера через сети общего доступа. Кроме того, технология HPNA предназначена для организации коллективного доступа в Интернет (например, для подключения жилого дома или подъезда дома к Интернет по существующей
телефонной проводке). Телефонную линию при этом можно использовать для ведения переговоров.
Стандарт HomePlug 1.0 доступ к Интернет через бытовую электрическую сеть поддерживает скорость передачи до 14 Мбит/с, максимальная протяжённость между узлами до 300 м. Компания Renesas,
выпустила модем в виде штепсельной вилки для передачи данных по
электросетям.
Технология PLС (Power Line Communication) позволяет передавать данные по высоковольтным линиям электропередач, без дополнительных линий связи. Компьютер подключается к электрической
сети и выходит в Интернет через одну и ту же розетку. Для подключения к домашней сети не требуется никаких дополнительных кабелей.
К домашней сети можно подключить различное оборудование: компьютеры, телефоны, охранную сигнализацию, холодильники и т. д.
7.4. Адресация в сети Интернет
Основным протоколом сети Интернет является сетевой протокол
TCP/IP. Каждый компьютер в сети TCP/IP (подключенный к сети Интернет), имеет свой уникальный IP-адрес или IP-номер. Адреса в Интернете могут быть представлены как последовательностью цифр, так
и именем, построенным по определенным правилам. Компьютеры при
пересылке информации используют цифровые адреса, а пользователи
в работе с Интернетом используют в основном имена.
Цифровые адреса в Интернете состоят из четырех чисел, каждое
из которых не превышает двухсот пятидесяти шести. При записи числа отделяются точками, например: 195.63.77.21. Такой способ нумерации позволяет иметь в сети более четырех миллиардов компьютеров.
Для отдельного компьютера или локальной сети, которые впервые подключаются к сети Интернет, специальная организация,
занимающаяся администрированием доменных имен, присваивает
IP-номера.
58
Первоначально в сети Internet применялись IP-номера, но когда
количество компьютеров в сети стало больше чем 1 000, то был принят метод связи имен и IP-номеров, который называется «сервер имени домена» (Domain Name Server, DNS). Сервер DNS поддерживает
список имен локальных сетей и компьютеров и соответствующих им
IP-номеров.
В Интернете применяется так называемая доменная система
имен. Каждый уровень в такой системе называется доменом. Типичное имя домена состоит из нескольких частей, расположенных в определенном порядке и разделенных точками. Домены отделяются друг
от друга точками.
В Интернете доменная система имен использует принцип последовательных уточнений так же, как и в обычном почтовом адресе –
страна, город, улица и дом, по которому следует доставить письмо.
Домен верхнего уровня располагается в имени правее, а домен
нижнего уровня – левее. В нашем примере домены верхнего уровня
info и ru указывают на то, что речь идет о принадлежности сайта
www.lessons-tva.info к тематическому домену верхнего уровня info, а
сайта tva.jino.ru к российской (ru) части Интернета. Но в России множество пользователей Интернета, и следующий уровень определяет
организацию, которой принадлежит данный адрес. В нашем случае
это компания jino.
Интернет-адрес этой компании – jino.ru. Все компьютеры, подключенные к Интернету в этой компании, объединяются в группу,
имеющую такой адрес. Имя отдельного компьютера или сети каждая
компания выбирает для себя самостоятельно, а затем регистрирует его
в той организации Интернет, которая обеспечивает подключение.
Это имя в пределах домена верхнего уровня должно быть уникальным. Далее следует имя хоста tva, таким образом, полное имя домена третьего уровня: tva.jino.ru. В имени может быть любое число
доменов, но чаще всего используются имена с количеством доменов
от трех до пяти.
Доменная система образования адресов гарантирует, что во всем
Интернете больше не найдется другого компьютера с таким же адресом. Для доменов нижних уровней можно использовать любые адреса,
но для доменов самого верхнего уровня существует соглашение.
В системе адресов Интернета приняты домены, представленные
географическими регионами. Они имеют имя, состоящее из двух букв,
например:
– Украина – ua;
59
– Франция – fr;
– Канада – са;
– США – us;
– Россия – ru.
Существуют и домены, разделенные по тематическим признакам,
например:
– Учебные заведения – edu;
– Правительственные учреждения – gov;
– Коммерческие организации – com.
В последнее время добавлены новые зоны, например: biz, info, in,
cn и так далее.
При работе в Internet используются не доменные имена, а универсальные указатели ресурсов, называемые URL (Universal Resource
Locator). URL – это адрес любого ресурса (документа, файла) в
Internet, он указывает, с помощью какого протокола следует к нему
обращаться, какую программу следует запустить на сервере и к какому конкретному файлу следует обратиться на сервере.
Общий вид URL: протокол://хост-компьютер/имя файла (например: http://www.lessons.info/book.html).
Регистрация домена осуществляется в выбранной пользователем
зоне ua, ru, com, net, info и так далее. В зависимости от назначения
сайта выбирается его зона регистрации. Для регистрации сайта желательно выбрать домен второго уровня, например lessons-tva.info, хотя
можно работать и с доменом третьего уровня, например tva.jino.ru.
Домен второго уровня регистрируется у регистратора – организации занимающейся администрированием доменных имен, например
http://www.imhoster.net/domain.htm. Домен третьего уровня приобретается, как правило, вместе с хостингом у хостинговой компании.
Имя сайта выбирают исходя из вида деятельности, названия компании
или фамилии владельца сайта.
7.5. Прикладные программы просмотра Web-страниц
Суть системы World Wide Web (WWW) состоит в применении
гипертекстовой модели к информационным ресурсам, распределенным в глобальной сети. WWW – один из видов сервиса Интернет.
WWW предоставляет возможность работы с документами, в которых
объединены текст, графические изображения, звуки, анимация, что
значительно облегчает восприятие информации. Гипертекстовые до60
кументы (Web-страницы) создаются с помощью специального языка
разметки гипертекста HTML (Hyper Text Markup Language).
Система WWW работает по принципу клиент – сервер. Клиент –
это интерпретатор HTML, специальная программа просмотра, называемая WWW-браузер (WWW-browser). WWW-браузер – это прикладная программа, которая взаимодействует с системой WWW, получает
затребованные документы, интерпретирует данные и отображает содержание документов на экране. Программа клиент обеспечивает доступ практически ко всем информационным ресурсам Интернет, которые хранятся на серверах.
Для работы с системой WWW необходимо установить на своем
компьютере одну из программ просмотра Web-страниц, например,
Internet Explorer, Mozilla Firefox, MyIE Web Browser, Opera и т. д.
Большинство браузеров предоставляют доступ к другим серверам Интернета: к FTP-серверам, Gopher-серверам и серверам телеконференций UseNet.
Обозреватель Internet Explorer
Программа Internet Explorer устанавливается вместе с инсталляцией Windows, и на рабочем столе появляется значок обозревателя
Internet Explorer. Этот значок может использоваться для запуска программы Internet Explorer. После запуска программы просмотра Webстраниц Internet Explorer на экране появится окно обозревателя.
Окно программы просмотра или обозревателя Internet Explorer
содержит:
 строку меню;
 три панели инструментов: Обычные кнопки, Адресная строка,
Ссылки;
 строку состояния.
Панель Обычные кнопки содержит все основные кнопки управления обозревателем. Панели Адрес и Ссылки используются для указания адреса загружаемой Web-страницы.
Строка состояния, находящаяся в нижней части окна, содержит
сообщения о состоянии Web-страницы. Индикатор процесса в правой
части строки состояния отражает процесс загрузки файла. В строке
состояния также находится индикатор, показывающий установленный
уровень безопасности загружаемых Web-страниц.
Для перехода на Web-страницы можно использовать:
 гиперссылки, содержащиеся в открытой странице;
61
 панель Адрес, на которой вводится адрес требуемой Webстраницы;
 панели Ссылки и Избранное.
Использование гиперссылок
Каждая Web-страница содержит ссылки на другие страницы.
Наиболее простым способом перехода от одной Web-страницы к другой является переход с помощью манипулятора мышь. Для перехода
на другие страницы можно использовать меню навигация, текстовые
гиперссылки, графические гиперссылки.
Обычно текстовые гиперссылки подчеркнуты, поэтому их легко
можно найти. Текстовые ссылки к тем страницам, которые Вы уже
посетили, изменяют свой цвет. Сложнее определить графические гиперссылки. Если при установке курсора на изображение, он принимает вид ладони с указывающим перстом, то это гиперссылка.
При нажатии на ссылку указанная в ней Web-страница по умолчанию открывается в текущем окне обозревателя. Но ее можно открыть и в новом окне. Для этого установите курсор на ссылку, нажмите правую кнопку мыши и из появившегося контекстного меню выберите команду Открыть в новом окне.
Использование адреса Web-страницы
Для осуществления перехода на Web-страницу можно использовать ее адрес, который начинается с названия протокола. Затем следует имя домена и расположение файла относительно домена. По умолчанию панель Адрес находится под основной панелью инструментов
обозревателя.
Когда Вы вводите адрес в находящемся на этой панели раскрывающемся списке и нажимаете клавишу Enter или кнопку Переход,
обозреватель открывает Web-страницу, адрес которой Вы указали. Все
адреса, которые Вы раньше вводили на панели Адрес, сохраняются в
раскрывающемся списке, и Вы можете их выбрать из этого списка по
мере надобности.
В панель Адрес можно вводить URL страницы непосредственно с
клавиатуры. При вводе адреса Вы можете не вводить начальную часть
адреса http://www, так как обозреватель добавит ее сам.
Использование папок Ссылки и Избранное для перехода на Webстраницы.
Первоначально в папках Ссылки и Избранное надо сохранить адреса отобранных Вами Web-страниц. Необходимо отметить, что папка
Ссылки является вложенной в папку Избранное. Для сохранения адре62
са открытой Web-страницы необходимо щелкнуть мышью на меню
Избранное и выбрать команду Добавить в Избранное.
Откроется окно диалога Добавление в избранное, в котором
необходимо выбрать папку для сохранения адреса (в том числе и папку Ссылки). После этого для перехода на требуемую страницу щелкните на меню Избранное и выберите в папках нужный адрес Webстраницы, обозреватель открывает Web-страницу, адрес которой Вы
указали.
Перемещение по Web-странице
Если Вас не удовлетворяет скорость загрузки Web-страниц, Вы
можете отменить вывод графической информации.
Для этого выполните следующие действия:
1. Выполните команду Свойства обозревателя меню Сервис.
2. В диалоговом окне Свойства обозревателя перейдите на
вкладку Дополнительно.
3. В разделе Мультимедиа снимите флажок Отображать рисунки.
Изменение вида кодировки web-страницы
Если вид кодировки страницы не совпадает с установленной кодировкой в обозревателе, Вы увидите бессмысленный набор символов, то установите требуемый вид кодировки с помощью команды
Вид/Кодировка. Наиболее распространенными видами кодировки русскоязычного текста являются Кириллица (КОИ8) и Кириллица
(Windows).
Сохранение Web-страницы и ее фрагментов
Web-страница состоит из HTML-документа и других файлов, используемых для оформления страницы. С помощью обозревателя
Internet Explorer Вы можете сохранить как всю страницу целиком, так
и отдельные ее фрагменты.
Сохранение Web-страницы
Для сохранения Web-страницы выполните следующие действия:
1. Выберите команду Файл/Сохранить как, откроется диалоговое
окно Сохранение веб-страницы.
2. Выберите папку и задайте имя создаваемого файла.
3. В поле Тип файла укажите тип сохраняемых данных:
 Веб-страница, полностью – применяется для сохранения всей
страницы целиком,
 Веб-архив, один файл – вся Web-страница сохранится в виде
одного файла.
63
 Веб-страница, только HTML – используется для сохранения
только HTML-документа без рисунков и других файлов;
 Текстовый файл – для сохранения Web-страницы в обычном
текстовом формате.
4. Нажмите кнопку Сохранить.
Сохранение фрагментов текста и рисунков Web-страницы
Для сохранения фрагмента текста выделите его и нажмите правую кнопку мыши. Откроется контекстное меню, из которого выберите команду Копировать, фрагмент сохранится во временном буфере
обмена Windows. Теперь его можно вставить, например, в документ
Word.
Для копирования рисунка с Web-страницы установите курсор на
рисунок, и нажмите правую кнопку мыши. Затем из контекстного меню выберите команду "Копировать изображение".
Рисунок можно сохранить в виде отдельного файла. Для этого из
контекстного меню рисунка выполните команду "Сохранить изображение как". При сохранении рисунка вы можете выбрать тип файла,
совпадающий с типом рисунка, или сохранить рисунок в формате
bmp.
7.6. Электронная почта
Основные понятия
Система обмена сообщениями является одним из самых доступных и востребованных средств общения в Интернете и в локальных
сетях.
Суть работы почтовой системы состоит в следующем:
 открываете окно почтового приложения;
 выбираете режим «Написать письмо»;
 набираете текст письма;
 указываете адрес получателя;
 указываете тему письма;
 выбираете команду «Отправить немедленно», т. е. помещаете в
почтовый ящик, находящийся на почтовом сервере;
 из почтового ящика письмо забирается почтовой службой и
доставляется в почтовый ящик адресата.
Обмен сообщениями осуществляется за счет взаимодействие двух
программ – почтового сервера и почтового клиента. Программное
обеспечение – почтовый сервер, устанавливается, например, у про64
вайдера, для получения почты по сети Интернет, или в локальной сети
компании для обмена сообщениями между сотрудниками.
Почтовые клиенты – это прикладные программы (например,
Outlook Express, Microsoft Outlook, The Bat), которые устанавливаются
на компьютерах пользователей, которые отправляют или принимают
почту. Все почтовые клиенты имеют примерно одинаковый интерфейс, поэтому достаточно научиться работать с одним из них.
Для работы с электронной почтой можно использовать как почтовые клиенты, так и почтовые веб-интерфейсы, которые располагаются
на почтовых веб-серверах. С помощью веб-интерфейса можно работать с почтой непосредственно на почтовых веб-серверах. По функциональности веб-интерфейс максимально приближен к почтовым программам.
Почтовые системы на основе WWW позволяют обрабатывать
почтовые сообщения в Интернете с помощью обычного браузера, а не
почтовой программы. Они работают по принципу «2 в 1», сочетая в
себе функции почтового сервера и почтового клиента.
Использование веб-интерфейса является целесообразным в том
случае, когда нужно отправлять или принимать корреспонденцию с
различных компьютеров, имея доступ к сети Интернет.
Для того чтобы получить доступ к работе с электронной почтой,
необходимо создать почтовый ящик на одном из почтовых серверов.
Для создания почтового ящика необходимо зарегистрироваться на одном из почтовых серверов, например, http://www.mail.ru,
http://www.hotmail.ru/ и так далее.
Для работы с почтовыми программами (почтовыми клиентами)
их необходимо установить на ПК. Электронная почта основана на
двух прикладных программах: на протоколе для передачи сообщений
SMTP (Simple Mail Transport Protokol) и протоколе для получения сообщений – POP3 (Post Office Protokol 3, почтовый протокол 3) или
протоколе доступа к сообщениям в интернете Internet Message Access
ProtocoI (lMAP4 – последняя версия).
Чтобы иметь возможность отправлять или получать почту с помощью почтовых клиентов, необходимо создать хотя бы одну учетную запись. Учетная запись – это набор данных о пользователе почтового сервера (имя, электронный адрес, пароль для подключения к серверу, имена серверов входящей и исходящей почты). Создание учетных записей осуществляется в почтовой программе, которую Вы используете.
65
Адрес электронной почты.
Адрес электронной почты состоит из двух частей, разделенных
символом @, и выглядит примерно так: tva-web@narod.ru. Символы,
которые указаны в левой части адреса (до знака @), являются именем
адресата или именем почтового ящика, оно часто совпадает с логином
пользователя. Правая сторона электронного адреса, которая следует
после знака @, является доменным именем почтового сервера, на котором расположен почтовый ящик и хранятся сообщения.
Почтовое приложение Outlook Express
Outlook Express – это входящая в состав Windows почтовая программа, которая очень проста в использовании.
С помощью Outlook Express можно:
 обмениваться сообщениями электронной почты;
 создавать и вести адресную книгу для хранения адресов электронной почты;
 читать и отправлять сообщения в группы новостей.
После
запуска
программы
Outlook
Express
(Пуск/Программы/Outlook Express) на экране появится окно приложения, которое разделено на три фрейма (три области). В левой области
отображается структура системных папок, в правой верхней области –
список писем, содержащихся в выделенной системной папке, в правой
нижней области – содержимое той папки, на которой расположен курсор.
66
Назначение системных папок:
1. Входящие – хранятся сообщения, полученные по почте.
2. Исходящие – хранятся сообщения, предназначенные для отправки, но не отправленные.
3. Отправленные – хранятся копии отправленных сообщений.
4. Удаленные – содержит удаленные из всех папок сообщения.
5. Черновики – содержит сообщения, находящиеся на стадии
подготовки.
Подготовка сообщений
1. Откройте окно для создания нового сообщения, выполнив команду: Файл/Создать, Почтовое сообщение или нажмите кнопку Создать сообщение на панели инструментов.
2. В поле Кому введите адрес получателя сообщения. Допускается вводить несколько адресов в поле Кому, отделив, их друг от друга
точкой с запятой.
3. В поле Копия введите адреса получателей копии сообщения.
4. В поле Тема и введите тему сообщения.
5. Введите требуемый текст в поле, предназначенное для ввода
текста сообщения.
6. При необходимости вложите файл в сообщение, щелкнув на
кнопке Вложить на панели инструментов, и в открывшемся окне
диалога Вставка выберите требуемый файл.
7. Вы можете сохранить подготовленное сообщение в папке Черновики, чтобы позднее его скорректировать. Для этого в меню Файл
67
выберите команду Сохранить. Если сообщение не требует доработки,
вы можете поместить его в папку Исходящие, чтобы при установлении связи отправить. Для этого выполните Файл/Отправить или
нажмите кнопку Отправить на панели инструментов окна сообщения.
Отправка сообщения
Для отправки и получения сообщений из окна программы Outlook
Express выполните команду Сервис/Доставить почту, Доставить почту. Программа Outlook Express подключится к почтовому серверу
Internet, отправит подготовленное сообщение и получит входящую
почту. Для прочтения, поступившего в ваш адрес сообщения, перейдите в папку Входящие.
Ответ на сообщение
При подготовке ответа, посылаемого по электронной почте, Вы
можете использовать полученное сообщение. Для этого установите
курсор на сообщении, адресату которого хотите подготовить ответ, и
нажмите кнопку Ответить или Ответить всем на панели инструментов.
В обоих случаях открывается окно сообщения, в котором уже
указан адрес получателя, в поле Тема введена фраза Re и тема входящего сообщения. Содержание исходного сообщения скопировано в
новое. Введите свой ответ и отправьте сообщение.
Пересылка сообщения
Программа Microsoft Outlook Express позволяет переслать полученное сообщение кому-нибудь другому. Для этого установите курсор
на сообщении и нажмите кнопку Переслать на панели инструментов.
Откроется окно, содержащее текст исходного сообщения. Укажите
адрес получателя, добавьте к исходному тексту ваши комментарии и
отправьте сообщение.
Литература
1. Компьютерные сети и телекоммуникации: Учебник / В. А. Ткаченко,
О. В. Касилов, В. А. Рябик. Харьков: НТУ "ХПІ", 2011. 224 с.
2. Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации:
Учебник для вузов. 2-е изд. СПб.: Питер, 2006. 703 с.
3. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. СПб.: Питер, 2010. 944 с.
4. Телекоммуникации. Руководство для начинающих / М. Мур [и др.].
СПб.: БХВ – Петербург, 2005. 624 с.
5. Денисова А., Вихарев И., Белов А., Наумов Г. Интернет: Самоучитель.
2-е изд. СПб.: Питер, 2004. 368 с.
68
6. Хестер Н. Frontpage 2002 для Windows / Пер. с англ. М.: ДМК Пресс,
2002. 448 с.
69