Локальные и глобальные сети. Сетевые стандарты и основные протоколы.

Локальные компьютерные сети. Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс, состоящий из 8—12 компьютеров) или в одном здании.

В небольших локальных сетях все компьютеры обычно равноправны, т. е. пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (диски, каталоги, файлы) сделать общедоступными по сети. Такие сети называются одноранговыми.

Если к локальной сети подключено более десяти компьютеров, то одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной. Для увеличения производительности, а также в целях обеспечения большей надежности при хранении информации в сети некоторые компьютеры специально выделяются для хранения файлов или программ-приложений. Такие компьютеры называются серверами, а локальная сеть — сетью на основе серверов.

Каждый компьютер, подключенный к локальной сети, должен иметь специальную плату (сетевой адаптер). Между собой компьютеры (сетевые адаптеры) соединяются с помощью кабелей.

Региональные компьютерные сети. Локальные сети не позволяют обеспечить совместный доступ к информации пользователям, находящимся, например, в различных частях города. На помощь приходят региональные сети, объединяющие компьютеры в пределах одного региона (города, страны, континента).

Корпоративные компьютерные сети. Многие организации, заинтересованные в защите информации от несанкционированного доступа (например, военные, банковские и пр.), создают собственные, так называемые корпоративные сети. Корпоративная сеть может объединять тысячи и десятки тысяч компьютеров, размещенных в различных странах и городах (в качестве примера можно привести сеть корпорации Microsoft, MSN).

Глобальная компьютерная сеть Интернет. Потребности формирования единого мирового информационного пространства привели к созданию глобальной компьютерной сети Интернет. В настоящее время на десятках миллионов компьютеров, подключенных к Интернету, хранится громадный объем информации (сотни миллионов файлов, документов и т. д.) и сотни миллионов людей пользуются информационными услугами глобальной сети.

Интернет — это глобальная компьютерная сеть, объединяющая многие локальные, региональные и корпоративные сети и включающая в себя десятки миллионов компьютеров.

В каждой локальной или корпоративной сети обычно имеется, по крайней мере, один компьютер, который имеет постоянное подключение к Интернету с помощью линии связи с высокой пропускной способностью (сервер Интернета).Надежность функционирования глобальной сети обеспечивается избыточностью линий связи: как правило, серверы имеют более двух линий связи, соединяющих их с Интернетом.

Основу, «каркас» Интернета составляют более ста миллионов серверов, постоянно подключенных к сети, из которых в России насчитывается более трехсот тысяч (на начало 2001 г.).

К серверам Интернета могут подключаться с помощью локальных сетей или коммутируемых телефонных линий сотни миллионов пользователей сети.

Технология ADSL (асимметричная цифровая абонентская линия) является наиболее современной технологией доступа в Интернет или корпоративную сеть. Она обеспечивает высокоскоростной обмен данными по существующей телефонной линии. При этом сохраняется возможность пользоваться традиционными телефонными услугами одновременно с обменом данными.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - разновидность xDSL абонентского высокоскоростного доступа, обеспечивающий доступ к сети Интернет по уже существующей телефонной абонентской линии и не требует дополнительной организации линии связи.

Таким образом передача данных по ADSL технологии производится по тому же кабелю, на котором работает Ваш телефон и при этом, Ваш телефон остается свободным.

В помещении абонента устанавливается ADSL модем, который подключается параллельно Вашему телефонному аппарату (требуется применение специального частотного разделителя - Splitter). Со стороны АТС производится подключение Вашей телефонной линии к оборудованию DSLAM (DSL Access Multiplexor).

Учитывая асимметричность трафика при классической работе в сети Интернет, технология ADSL предусматривает скорость передачи данных от сети к пользователю значительно выше (до 8 Мбит/с), чем скорость передачи данных от пользователя в сеть (до 1 Мбит/с). Такая асимметрия, в сочетании с состоянием "постоянно установленного соединения" - когда исключается необходимость каждый раз набирать телефонный номер и ждать установки соединения, делает технологию ADSL идеальной для организации доступа в сеть Интернет и доступа к локальным сетям.

Параметры доступа в сеть Интернет при подключении по ADSL (качество, скорость) определяются техническими характеристиками конкретной абонентской телефонной линии, соединяющей пользователя с АТС, и уточняются после тестирования, проведённого специалистами провайдера.

1. Преимущества ADSL: Высокая скорость получения информации (до 8 Мбит/с), значительно превосходящая аналоговые модемы, ISDN, HDSL, SDSL;

2. Телефонная линия при работе в сети Интернет остаётся свободной;

3. Постоянное IP соединение (для доступа в Интернет нет необходимости набирать телефонный номер и ждать установки соединения);

4. Высокая стабильность скорости. В отличие от кабельных модемов каждый абонент имеет свою гарантированную полосу пропускания и не разделяет ее с кем-либо;

5. Надежная связь 24 часа в сутки;

6. Безопасность передаваемых данных. Телефонная линия, на которой работает ADSL модем, используется только одним абонентом и подключена только к нему.

Основное применение технологии ADSL: там, где требуется асимметричная передача: для индивидуальных пользователей Интернета в жилых районах, для средних офисов.

Bluetooth – переводится как голубой зуб. Bluetooth это технология, которая предназначена для передачи данных через радио канал на частоте 2,45 ГГц. Радиус действия Bluetooth в среднем 10 метров, а так же беспроводная технология Bluetooth способна передавать данные даже через стены. Группа затейников, которые затеяли разработку нового стандарта передачи данных, состояла из компаний Ericsson, IBM, Intel, Nokia и Toshiba.

CSMA/CD

В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).

Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Простота схемы подключения - это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (multiply-access,MA).

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Затем кадр передается по кабелю. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции-источника также включен в исходный кадр, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.

При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общему кабелю (рис. 3). Для уменьшения вероятности этой ситуации непосредственно перед отправкой кадра передающая станция слушает кабель (то есть принимает и анализирует возникающие на нем электрические сигналы), чтобы обнаружить, не передается ли уже по кабелю кадр данных от другой станции. Если опознается несущая (carrier-sense, CS), то станция откладывает передачу своего кадра до окончания чужой передачи, и только потом пытается вновь его передать. Но даже при таком алгоритме две станции одновременно могут решить, что по шине в данный момент времени нет передачи, и начать одновременно передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия, так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле, что приводит к искажению информации.

Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии (collision detection, CD). Для увеличения вероятности немедленного обнаружения коллизии всеми станциями сети, ситуация коллизии усиливается посылкой в сеть станциями, начавшими передачу своих кадров, специальной последовательности битов, называемой jam-последовательностью.

После обнаружения коллизии передающая станция обязана прекратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, а затем может снова сделать попытку передачи кадра.

Из описания метода доступа видно, что он носит вероятностный характер, и вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды зависит от загруженности сети, то есть от интенсивности возникновения в станциях потребности передачи кадров. При разработке этого метода предполагалось, что скорость передачи данных в 10 Мб/с очень высока по сравнению с потребностями компьютеров во взаимном обмене данными, поэтому загрузка сети будет всегда небольшой. Это предположение остается часто справедливым и по сей день, однако уже появились приложения, работающие в реальном масштабе времени с мультимедийной информацией, для которых требуются гораздо более высокие скорости передачи данных. Поэтому наряду с классическим Ethernet'ом растет потребность и в новых высокоскоростных технологиях.

Метод CSMA/CD определяет основные временные и логические соотношения, гарантирующие корректную работу всех станций в сети:

Между двумя последовательно передаваемыми по общей шине кадрами информации должна выдерживаться пауза в 9.6 мкс; эта пауза нужна для приведения в исходное состояние сетевых адаптеров узлов, а также для предотвращения монопольного захвата среды передачи данных одной станцией.

При обнаружении коллизии (условия ее обнаружения зависят от применяемой физической среды) станция выдает в среду специальную 32-х битную последовательность (jam-последовательность), усиливающую явление коллизии для более надежного распознавания ее всеми узлами сети.

После обнаружения коллизии каждый узел, который передавал кадр и столкнулся с коллизией, после некоторой задержки пытается повторно передать свой кадр. Узел делает максимально 16 попыток передачи этого кадра информации, после чего отказывается от его передачи. Величина задержки выбирается как равномерно распределенное случайное число из интервала, длина которого экспоненциально увеличивается с каждой попыткой. Такой алгоритм выбора величины задержки снижает вероятность коллизий и уменьшает интенсивность выдачи кадров в сеть при ее высокой загрузке

DSL

Давно ли скорость Internet, к которому подключались посредством dial-up, равнялась 16, а то и 8 кбит/сек, а «счастливчики», имеющие возможность серфить в сети на космических скоростях в 32-33 кбит/сек, почитались как обладатели манны небесной? Однако сейчас скорость доступа в сеть увеличилась в сотни раз – благодаря семейству цифровых технологий DSL.

DSL (аббревиатура Digital subscriber line) – множество технологий, объединенных в одно семейство, разработанное для высокоскоростной передачи данных по телефонным линиям. Вроде бы то же самое, что и коммутируемое соединение (dial-up), но, тем не менее, различия между ними весьма существенны. Начнем с того, что DSL работает на выделенных линиях, то есть телефонных линиях, поддерживающих постоянное соединение сторон клиента и сервера. Такими линиями могут быть как специально проложенные и подключенные телефонные каналы, так и обычная телефонная линия, если сервер установлен не у второго абонента, а в телефонной компании. Как и при dial-up соединении, для работы DSL необходима установка на обеих сторонах специальных устройств – модемов. Но технология DSL-модемов значительно отличается от модемов, предназначенных для коммутируемого соединения. Главное отличие заключается в том, что DSL-модемы позволяют осуществить передачу данных со скоростями во много раз большими. К примеру, если при dial-up соединении с Internet возможности пользователя ограничены просмотром WEB-страниц (не очень-то быстрого просмотра – скорость dial-up –соединения обычно не превышает 56-и кбит/сек), а скачивание видеофильма в формате .avi займет пару-тройку суток (не говоря уже о файлах в DVD-формате), то при наличии DSL-соединения можно посмотреть тот же фильм прямо в браузере. Можно даже, используя гарнитуру, болтать в Internet - как по телефону (в Skype, например, или другом мессенджере), и вообще, получить скорость, которая сравнима со скоростью передачи данных в локальных сетях.

В настоящее время семейство DSL включает более десятка технологий, наибольшее распространение из которых получила ADSL. Именно с использованием этой технологии крупные телефонные компании предоставляют своим клиентам услугу постоянного соединения с Internet (в отличие от dial-up-соединения, которое так или иначе будет разорвано и потребует переподключения). Буква «A» в аббревиатуре-названии технологии образована от слова «асимметричный» (asymmetric). В этой технологии возможность отправлять и получать данные распределена неравномерно – для отправки ресурсов требуется в разы меньше, чем для получения. И для большинства пользователей Internet такое соотношение является оптимальным. Тем более, что скорость приема информации позволяет пользоваться практически любыми Internet-услугами. Можно, например, подключить телевидение высокой четкости (HDTV) или онлайн просмотреть какое-то видеопособие, иллюстрирующее ремонт ноутбуков или технику складывания фигурок оригами. При этом, хотя ADSL и использует обычную телефонную линию, но это нисколько не мешает штатной работе абонентского телефонного аппарата.

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, использующих в настоящее время Ethernet, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих с установленными сетевыми адаптерами Ethernet - в 50 миллионов.

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии. В более узком смысле, Ethernet - это сетевой стандарт, основанный на технологиях экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году (еще до появления персонального компьютера). Метод доступа был опробован еще раньше: во второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского университета использовались различные варианты случайного доступа к общей радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля. Поэтому стандарт Ethernet иногда называют стандартом DIX по заглавным буквам названий фирм.

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые различия все же имеются. В то время, как в стандарте IEEE 802.3 различаются уровни MAC и LLC, в оригинальном Ethernet оба эти уровня объединены в единый канальный уровень. В Ethernet определяется протокол тестирования конфигурации (Ethernet Configuration Test Protocol), который отсутствует в IEEE 802.3. Несколько отличается и формат кадра, хотя минимальные и максимальные размеры кадров в этих стандартах совпадают.

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет различные модификации - 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-F.

Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet используется манчестерский код.

Все виды стандартов Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD.

Основным для Интернет является стек протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol — Протокол Управления Передачей/Интернет-Протокол). Именно на этом стеке протоколов основана вся сеть Интернет. TCP/IP — содержит два основных протокола: Протокол TCP — является транспортным протоколом, который обеспечивает гарантированную передачу данных по сети. Протокол IP — является адресным протоколом, который отвечает за адресацию всей сети. То есть, благодаря использованию протокола IP, каждый компьютер (устройство) в сети имеет свой индивидуальный адрес (IP-адрес). По этим адресам и осуществляется передача данных. Широко используемые в Интернете URL-адреса являются лишь словесными обозначениями IP-адресов. Сделано это для удобства, поскольку человеку проще запомнить словесный адрес, нежели числовой IP-адрес. Однако компьютеры работают только с числовыми адресами. Когда вы вводите URL-адрес в командную строку браузера, то он автоматически преобразуется в IP-адрес. Обмен данными в Интернете осуществляется только по IP-адресам. За сопоставление словесных URL-адресов и числовых IP-адресов отвечает специальная служба — служба DNS.

Протокол IСМР (Internet Control Message Protocol) — протокол межсетевых управляющих сообщений. С помощью этою протокола компьютеры и устройства в сети обмениваются друг с другом управляющей информацией. К примеру, этот протокол используется для передачи сообщений об ошибках, проверки доступности узла, и т.д.

Протокол FTP (File Transfer Protocol) — протокол передачи файлов. Служит для обмена файлами между компьютерами. Например, если нужно передать файл на сервер или, наоборот, скачать файл с сервера. Для этого нужно подключиться к файловому серверу (он же FTP-сервер) и выполнить необходимую операцию скачивания или закачки. Подключение к FTP-серверу обычно осуществляется с помощью FTP-клиента. Простейший FTP-клиент входит в состав практически любой операционной системы. Просматривать РТР-сервера могут и обычные браузеры.

Протокол HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) — протокол обмена гиперекстовой информацией, то есть документами HTML. HTML является базовым языком создания Web-страниц. А протокол HTTP предназначен для их передачи в сети. Таким образом, протокол HTTP используется Web-серверами. Соответственно, браузеры, используемые для блуждания по Интернету, являются HTTP-клиентами.

Протокол POP (Post Office Protocol) — протокол почтового отделения. Этот ротокол используется для получения электронной почты с почтовых серверов. А для передачи электронной почты служит протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — протокол передачи сообщений электронной почты.