, Хеннер 10-11 класс

23. Организация глобальных сетей

История развития глобальных сетей

Из истории человеческого общества вам должно быть известно, что мно­гие научные открытия и изобретения сильно повлияли не ее ход, на разви­тие цивилизации. К их числу относятся изобретение парового двигателя, открытие электричества, овладение атомной энергией , изобретение радио и пр. Процессы резкого изменения в характере производства, в быту, к ко­торым приводят важные научные открытия и изобретения, принято называть научно-технической революцией.

Различные каналы связи различаются тремя основными свойствами: пропускной способностью, помехоустойчивостью, стоимостью.

По параметру стоимости самыми дорогими являются оптоволоконные линии, самыми дешевыми - телефонные. Однако с уменьшением цены снижается и качество работы линии: уменьшается пропускная способ­ность, сильнее влияют помехи. Практически не подвержены помехам оптоволоконные линии.

Пропускная способность - это максимальная скорость передачи информации по каналу. Обычно она выражается в килобитах в се­кунду (Кбит/с) или в мегабитах в секунду (Мбит/с).

Пропускная способность телефонных линий - десятки и сотни Кбит/с; пропускная способность оптоволоконных линий и линий радиос­вязи измеряется десятками и сотнями Мбит/с.

На протяжении многих лет большинство пользователей Сети подклю­чались к узлу через коммутируемые (т. е. переключаемые) телефонные линии. Такое подключение производится с помощью специального устройства, которое называется модемом. Слово «модем» - это сокра­щенное объединение двух слов: «жодулятор» - «дежодулятор». Модем устанавливается как на компьютере пользователя, так и на узловом ком­пьютере. Модем выполняет преобразование дискретного сигнала (выдава­емого компьютером) в непрерывный (аналоговый) сигнал (используемый в телефонной связи) и обратное преобразование. Основной характеристи­кой модема является предельная скорость передачи данных. В разных мо­делях она колеблется в диапазоне от 1200 бит/с до 56 000 бит/с.

Кабельная связь обычно используется на небольших расстояниях (между разными провайдерами в одном городе). На больших расстояниях выгоднее использовать радиосвязь. Все большее число пользователей в наше время переходят от коммутируемых низкоскоростных подключе­ний к высокоскоростным некоммутируемым линиям связи.

Программное обеспечение Интернета

Работа Сети поддерживается определенным программным обеспечени­ем (ПО). Это ПО функционирует на серверах и на персональных компью­терах пользователей. Как вам должно быть известно из базового курса ин­форматики, основой всего программного обеспечения компьютера явля­ется операционная система, которая организует работу всех других программ. Программное обеспечение узловых компьютеров очень разно­образно. Условно его молено разделить на базовое (системное) и приклад­ное. Базовое ПО обеспечивает поддержку работы сети по протоколу TCP/IP - стандартному набору протоколов Интернета, т. е. оно решает проблемы рассылки и приема информации. Прикладное ПО занимается обслуживанием разнообразных информационных услуг Сети, которые принято называть службами Интернета. Служба объединяет серверы и клиентские программы, обменивающиеся данными по некоторым при­кладным протоколам. Для каждой службы существует своя сервер-про­грамма: для электронной почты, для телеконференций, для WWW и пр. Узловой компьютер выполняет функцию сервера определенной службы Интернета, если на нем работает сервер-программа этой службы. Один и тот же компьютер в разное время может выполнять функции сервера раз­личных услуг; все зависит от того, какая сервер-программа на нем в дан­ный момент выполняется. На ПК пользователей сети обслуживанием раз­личных информационных услуг занимаются программы - клиенты. Примерами популярных клиент-программ являются: Outlook Express - клиент электронной почты, Internet Explorer - клиент службы WWW (браузер). Во время работы пользователя с определенной службой Интер­нета между его клиент-программой и соответствующей сервер-програм­мой на узле устанавливается связь. Каждая из этих программ выполняет свою часть работы в предоставлении данной информационной услуги. Та­кой способ работы Сети называется технологией «клиент-сервер».

Как работает Интернет

В Интернете используется пакетная технология передачи информа­ ции. Чтобы в этом лучше разобраться, представьте себе следующую ситуа­цию. Вам нужно переслать товарищу в другой город какой-то многостра­ничный документ (например, распечатку романа, который вы сочинили). Полностью в конверт весь ваш роман не помещается, а посылать банде­ролью вы не хотите - слишком долго будет идти. Тогда вы делите весь до­кумент на части по 4 листа, вкладываете каждую часть в почтовый кон­верт, на каждом конверте пишете адрес и всю эту пачку конвертов опуска­ете в почтовый ящик. Например, если ваш роман занимает 100 страниц, то вам придется отправить 25 конвертов. Вы даже можете опустить конверты в разные почтовые ящики на разных узлах связи (для интереса, что­бы узнать, какие дойдут быстрее). Но поскольку на них указан один и тот же адрес, то все конверты должны дойти до вашего товарища. А еще, что­бы товарищу было удобно собрать роман целиком, на конвертах желатель­но указать порядковые номера.

Аналогично работает пакетная передача информации в Интернете. За ее работу отвечает протокол TCP/IP, о котором уже говорилось раньше. Пора разобраться, что же обозначают эти загадочные буквы.

Фактически речь идет о двух протоколах. Первый - ТСР-протокол расшифровывается так: Transmission Control Protocol - протокол управ­ления передачей. Именно согласно этому протоколу всякое сообщение, которое нужно передать по Сети, разбивается на части. Эти части называ­ются TCP -пакетами. Для доставки пакеты передаются протоколу IP, ко­торый к каждому пакету дописывает IP-адрес его доставки и еще некото­рую служебную информацию. Таким образом, TCP-пакет - это аналог конверта с «кусочком» романа и адресом получателя. Каждый такой па­кет будет самостоятельно перемещаться по сети независимо от других, но все они вместе соберутся у адресата . Далее, согласно протоколу TCP, про­исходит обратный процесс: из отдельных пакетов собирается исходное со­общение. Здесь, очевидно, необходимы те самые порядковые номера на конвертах; аналогичные номера содержатся и в TCP-пакетах. Если ка­кой-то из пакетов не дошел или был испорчен при транспортировке, его передача будет запрошена повторно.

Согласно протоколу TCP , передаваемое сообщение разбивается на пакеты на отправляющем сервере и восстанавливается в исходном виде на принимающем сервере.

Назначение IP -протокола (Internet Protocol) - доставка каждого от­дельного пакета до места назначения. Пакеты передаются, как эстафетные палочки, от одного узла к другому. Причем маршруты для разных пакетов из одного и того же сообщения могут оказаться разными. Описанный меха­низм передачи пакетов отображен на рис. 4.16. Вопрос о маршруте решает­ся отдельно для каждого пакета. Все зависит от того, куда его выгоднее пе­редать в момент обработки. Если на каком-то участке Сети произошел «об­рыв», то передача пакетов пойдет в обход этого участка.

Таким образом, в любой момент времени по любому каналу Сети пере­мещается «вперемешку» множество пакетов из самых разных сообщений. Использование всякого канала связи стоит денег: междугородние, а тем более международные телефонные разговоры, достаточно дороги. Если бы, работая в Сети, вы в течение всего сеанса связи монопольно занимали международный канал, то расходы вас бы быстро разорили. Однако, со­гласно описанной технологии, канал вы делите с сотнями (а может - ты­сячами) других пользователей, и поэтому на вашу долю приходится лишь небольшая часть расходов.

Назначение и структура глобальных сетей

Глобальная компьютерная сеть, ГКС (англ. Wide Area Network, WAN) - компьютерная сеть, охватывающая большие территории и включающая в себя большое число компьютеров.

Глобальные сети позволяют организовать взаимодействие между абонентами в тысячи км. В основе передачи данных в глобальных сетях лежит технология коммутации пакетов.

Каждый передаваемый файл разбивается на небольшие порции, которые помещаются в пакет, содержащий адреса как отправляющего, так и принимающего компьютера.

Пакеты путешествуют по сети самостоятельно: при потере одного пакета он может быть легко переслан повторно. Поскольку каждый пакет пересылается независимо от других и вперемешку с тысячами подобных, это, помимо прочего, обеспечивает относительную дешевизну передачи данных по Интернет. Например, стоимость посылки электронного письма ничтожна по сравнению со стоимостью пересылки по факсу сообщения равного объема.

Глобальные сети также называют территориальными компьютерными сетями , служат для того, чтобы предоставлять свои сервисы большому количеству конечных абонентов, разбросанных по большой территории - в пределах области, региона, страны, континента или всего земного шара.

Ввиду большой протяженности каналов связи построение глобальной сети требует очень больших затрат, в которые входит стоимость кабелей и работ по их прокладке, затраты на коммутационное оборудование и промежуточную усилительную аппаратуру, обеспечивающую необходимую полосу пропускания канала, а также эксплуатационные затраты на постоянное поддержание в работоспособном состоянии разбросанной по большой территории аппаратуры сети.

Типичными абонентами глобальной компьютерной сети являются локальные сети предприятий , расположенные в разных городах и странах, которым нужно обмениваться данными между собой. Услугами глобальных сетей пользуются также и отдельные компьютеры. Крупные компьютеры класса мэйнфреймов обычно обеспечивают доступ к корпоративным данным, в то время как персональные компьютеры используются для доступа к корпоративным данным и публичным данным Internet.

Глобальные сети обычно создаются крупными телекоммуникационными компаниями для оказания платных услуг абонентам. Такие сети называют публичными или общественными . Существуют также такие понятия, как оператор сети и поставщик услуг сети.

Оператор сети (network operator) - это та компания, которая поддерживает нормальную работу сети. Поставщик услуг , часто называемый также провайдером (service provider), - та компания, которая оказывает платные услуги абонентам сети. Владелец, оператор и поставщик услуг могут объединяться в одну компанию, а могут представлять и разные компании.

Гораздо реже глобальная сеть полностью создается какой-нибудь крупной корпорацией (такой, например, как Dow Jones или «Транснефть») для своих внутренних нужд. В этом случае сеть называется частной. Очень часто встречается и промежуточный вариант - корпоративная сеть пользуется услугами или оборудованием общественной глобальной сети, но дополняет эти услуги или оборудование своими собственными. Наиболее типичным примером здесь является аренда каналов связи, на основе которых создаются собственные территориальные сети.

Кроме вычислительных глобальных сетей существуют и другие виды территориальных сетей передачи информации. В первую очередь это телефонные и телеграфные сети, работающие на протяжении многих десятков лет, а также телексная сеть.

Ввиду большой стоимости глобальных сетей существует долговременная тенденция создания единой глобальной сети, которая может передавать данные любых типов : компьютерные данные, телефонные разговоры, факсы, телеграммы, телевизионное изображение, телетекс (передача данных между двумя терминалами), видеотекс (получение хранящихся в сети данных на свой терминал) и т. д., и т. п.

Хотя в основе локальных и глобальных вычислительных сетей лежит один и тот же метод - метод коммутации пакетов, глобальные сети имеют достаточно много отличий от локальных сетей..

Глобальные сети (Wide Area Networks, WAN), которые также называют территориальными компьютерными сетями, служат для того, чтобы предоставлять свои сервисы большому количеству конечных абонентов, разбросанных по большой территории - в пределах области, региона, страны, континента или всего земного шара.

Ввиду большой протяженности каналов связи построение глобальной сети требует очень больших затрат, в которые входит стоимость кабелей и работ по их прокладке, затраты на коммутационное оборудование и промежуточную усилительную аппаратуру, обеспечивающую необходимую полосу пропускания канала, а также эксплуатационные затраты на постоянное поддержание в работоспособном состоянии разбросанной по большой территории аппаратуры сети.

Типичными абонентами глобальной компьютерной сети являются локальные сети предприятий, расположенные в разных городах и странах, которым нужно обмениваться данными между собой. Услугами глобальных сетей пользуются также и отдельные компьютеры. Крупные компьютеры класса мэйнфреймов обычно обеспечивают доступ к корпоративным данным, в то время как персональные компьютеры используются для доступа к корпоративным данным и публичным данным Internet.

Глобальные сети обычно создаются крупными телекоммуникационными компаниями для оказания платных услуг абонентам. Такие сети называют публичными или общественными. Существуют также такие понятия, как оператор сети и поставщик услуг сети. Оператор сети (network operator) - это та компания, которая поддерживает нормальную работу сети. Поставщик услуг, часто называемый также провайдером (service provider), - та компания, которая оказывает платные услуги абонентам сети. Владелец, оператор и поставщик услуг могут объединяться в одну компанию, а могут представлять и разные компании.

Гораздо реже глобальная сеть полностью создается какой-нибудь крупной корпорацией (такой, например, как Dow Jones или «Транснефть») для своих внутренних нужд. В этом случае сеть называется частной. Очень часто встречается и промежуточный вариант - корпоративная сеть пользуется услугами или оборудованием общественной глобальной сети, но дополняет эти услуги или оборудование своими собственными. Наиболее типичным примером здесь является аренда каналов связи, на основе которых создаются собственные территориальные сети.

Кроме вычислительных глобальных сетей существуют и другие виды территориальных сетей передачи информации. В первую очередь это телефонные и телеграфные сети, работающие на протяжении многих десятков лет, а также телексная сеть.

Глобальная сеть Интернет

Понятие глобальной сети - системы объединенных компьютеров, рас­положенных на больших расстояниях друг от друга, - появилось в процессе развития компьютерных сетей. В 1964 году в США была создана компьютерная система раннего оповещения о приближении ракет противника. Первой глобальной сетью невоенного назначения стала сеть ARPANET в США, введенная в действие в 1969 году. Она имела научное назначение и объединяла в себе компьютеры нескольких университетов страны.

В 80-х-90-х годах прошлого века в разных странах создается множество отраслевых, региональных национальных компьютерных сетей. Их объединение в международную сеть произошло на базе межсетевой среды Интернет.

Важным годом в истории Интернета стал 1993 год, когда была создана служба World Wide Web (WWW) - Всемирная информационная сеть (Всемирная паутина). С появлением WWW резко возрос интерес к Интернету, пошел процесс его бурного развития и распространения. Многие люди, говоря об Интернете, подразумевают именно WWW, хотя это только лишь одна из его служб.

Аппаратные средства Интернета

Основными составляющими любой глобальной сети являются компьютерные узлы и каналы связи.

Здесь можно провести аналогию с телефонной сетью: узлами телефонной сети являются АТС - автоматические телефонные станции, которые между собой объединены линиями связи и образуют городскую телефонную сеть. Телефон каждого абонента подключается к определенной АТС.

К узлам компьютерной сети подключаются персональные компьютеры пользователей подобно тому, как с телефонными станциями соединяются телефоны абонентов. Причем в роли абонента компьютерной сети может выступать как отдельный человек через свой ПК, так и целая организация через свою локальную сеть . В последнем случае к узлу подключается сер­вер локальной сети.

Организация, предоставляющая услуги обмена данными с сетевой средой, называется провайдером сетевых услуг. Английское слово «provider» обозначает «поставщик», «снабженец». Пользователь заключает договор с провайдером на подключение к его узлу и в дальнейшем оплачивает ему предоставляемые услуги (подобно тому, как мы оплачиваем услуги телефонной сети).

Узел содержит один или несколько мощных компьютеров, которые находятся в состоянии постоянного подключения к сети. Информационные услуги обеспечиваются работой программ-серверов, установленных на узловых компьютерах.

Каждый узловой компьютер имеет свой постоянный адрес в Интернете; он называется IP-адресом.

Наряду с цифровыми IP-адресами в Интернете действует система символьных адресов, более удобная и понятная для пользователей. Она называется доменной системой имен (DNS - Domain Name System).

Система доменных имен построена по иерархическому принципу. Пер­вый справа домен (его еще называют суффиксом) - домен верхнего уровня, следующий за ним - домен второго уровня и т. д. Последний (первый слева) - имя компьютера. Домены верхнего уровня бывают географическими (двухбуквенными) или административными (трехбуквенными). Например, российской зоне Интернета принадлежит географический домен ru. Еще примеры: uk - домен Англии; са - домен Канады; de - домен Германии; jp - домен Японии. Административные домены верхнего уровня чаще всего относятся к американской зоне Интернета: gov - правительственная сеть США; mil - военная сеть; edu - образовательная сеть; com - коммерческая сеть.

История развития глобальных сетей 1964 год США. Создана компьютерная система раннего оповещения о приближении ракет противника год США. Создана первая глобальная сеть невоенного назначения ARPANET Она имела научное назначение и объединяла в себе компьютеры нескольких университетов год. Создана служба World Wide Web (WWW) – Всемирная информационная сеть.

Каждый компьютер, подключенный к сети Интернет, должен иметь собственный адрес, который называют IP-адресом (IP = Internet Protocol) IP-адрес состоит из четырех чисел, разделенных точками; каждое из этих чисел находится в интервале 0…255, например:

Как работает Интернет В Интернете используется пакетная передача информации. За ее работу отвечает протокол TCP/IP – протокол управления передачей. Согласно протоколу TCP, передаваемое сообщение разбивается на отправляющем сервере и восстанавливается в исходном виде на принимающем сервере. Назначение IP-протокола – доставка каждого отдельного пакета до места назначения.

Сетевые адреса Физический адрес (MAC-адрес) – уникальный 48-битный код сетевой карты (в 16-ричной системе) E9-41-AC-73 IP-адрес – цифровой адрес компьютера (номер сети + номер компьютера в сети): Маска подсети определяет, какие компьютеры «видны», находятся в той же подсети; при наложении на IP-адрес (логическая операция И) дает номер сети FF.FF.FF.0 номер сети, номер компьютера 48

Сетевые адреса Шлюз – адрес компьютера, через который идут пакеты в другие сети (в Интернет): DNS-сервер – адрес компьютера, куда идут запросы на преобразование доменного адреса в IP-адрес: WINS-сервер – адрес компьютера, куда идут запросы на преобразование сетевого имени компьютера в IP-адрес.

Адрес документа в Интернете (URL = Uniform Resource Locator) состоит из следующих частей: протокол, чаще всего http (для Web-страниц) или ftp (для файловых архивов) протокол, чаще всего http (для Web-страниц) или ftp (для файловых архивов) знаки://, отделяющие протокол от остальной части адреса знаки://, отделяющие протокол от остальной части адреса доменное имя (или IP-адрес) сайта доменное имя (или IP-адрес) сайта каталог на сервере, где находится файл каталог на сервере, где находится файл имя файла имя файла принято разделять каталоги не обратным слэшем «\» (как в Windows), а прямым «/», как в системе UNIX и ее «родственниках», например, в Linux пример адреса (URL) здесь желтым маркером выделен протокол, белым – доменное имя сайта, голубым – каталог на сайте и зеленым – имя файла

Задача IP-адрес Маска подсети Определить номер компьютера в сети

Решение IP-адрес Маска подсети Применяется поразрядная конъюнкция – логическую операцию «И»; Вывод: номер компьютера в сети 48.

Задача Маской подсети называется 32-разрядное двоичное число, которое определяет, какая часть IP-адреса компьютера относится к адресу сети, а какая часть IP-адреса определяет адрес компьютера в подсети. В маске подсети старшие биты, отведенные в IP-адресе компьютера для адреса сети, имеют значение 1;младшие биты, отведенные в IP-адресе компьютера для адреса компьютера в подсети, имеют значение 0.Например,маска подсети может иметь вид: () Это значит, что 19 старших бит в IP-адресе содержит адрес сети, оставшиеся 13 младших бит содержат адрес компьютера в сети. Если маска подсети и IP- адрес компьютера в сети, то порядковый номер компьютера в сети равен_____

Решение Выполним поразрядную конъюнкцию выше белым цветом выделены нулевые биты маски и соответствующие им биты IP- адреса, определяющие номер компьютера в сети: = 12 Ответ: 12.

Задача Маской подсети называется 32-разрядное двоичное число, которое определяет, какая часть IP-адреса компьютера относится к адресу сети, а какая часть IP-адреса определяет адрес компьютера в подсети. В маске подсети старшие биты, отведенные в IP-адресе компьютера для адреса сети, имеют значение 1;младшие биты, отведенные в IP-адресе компьютера для адреса компьютера в подсети, имеют значение 0.Например, маска подсети может иметь вид: () Это значит, что 19 старших бит в IP-адресе содержит адрес сети, оставшиеся 13 младших бит содержат адрес компьютера в сети. Если маска подсети и IP- адрес компьютера в сети, то порядковый номер компьютера в сети равен_____