3.6.5. Компьютерные сети

  Компьютерной сетью называется объединение двух и более компьютеров через коммуникационные устройства для обмена информацией и использования совместных ресурсов. По размерности выделяют локальные и глобальные сети.

♦ Локальные сети.

Локальной называется сеть, объединяющая компьютеры, находящиеся на относительно близком расстоянии (в одной комнате, в одном или близко расположенных зданиях), с целью передачи данных из одного компьютера в другие.

Кроме собственно компьютеров и кабеля, в состав сети входят различные дополнительные устройства – концентраторы, репитеры, терминаторы, маршрутизаторы, сетевые карты и др. От их работы зависит быстродействие всей системы. Есть и другие определяющие факторы, среди которых: характеристики аппаратного обеспечения компьютеров; частоты передачи данных между ПК; работающие сетевые приложения; расстояния между компьютерами в сети.

Существует ряд веских причин для объединения отдельных персональных компьютеров в ЛВС. Во-первых, совместное использование ресурсов позволяет нескольким ПК или другим устройствам осуществлять совместный доступ к отдельному диску (файл-серверу), дисководу CD-ROM, стримеру, принтерам, плоттерам, сканерам и другому оборудованию, что снижает затраты на каждого отдельного пользователя. Во-вторых, кроме совместного использования дорогостоящих периферийных устройств, ЛВС позволяет аналогично использовать сетевые версии прикладного программного обеспечения. В-третьих, ЛВС обеспечивают новые формы взаимодействия пользователей в одном коллективе, например при работе над общим проектом. В-четвертых, ЛВС дают возможность использовать общие средства связи между различными прикладными системами (коммуникационные услуги, передача данных и видеоданных, речи и т. д.). Особое значение имеет организация распределенной обработки данных. В случае централизованного хранения информации значительно упрощаются процессы обеспечения ее целостности, а также резервного копирования.

Компьютер, подключенный к локальной сети, называют рабочей станцией (workstation) или сервером (server) – в зависимости от задач, решаемых на нем. Среди ЛВС на базе персональных компьютеров различают сети с выделенным сервером (централизованным управлением) и так называемые одноранговые сети (peer-to-peer). Одноранговая компьютерная сеть (рис. 53) состоит из однотипных компьютеров без выделения одному из них каких-то особых управленческих функций. Одноранговые ЛВС достаточно дешевы и просты в обслуживании, однако не могут обеспечить должной защиты информации при большом размере сети. Операционная система Windows позволяет создать такую сеть достаточно просто. Если в компьютерной сети работает более 5 компьютеров, то желательно приобретение специально оборудованного компьютера – сервера. Для сервера характерно наличие большого дискового пространства, большого объема оперативной памяти. На сервере должно быть установлено специальное серверное программное обеспечение, которое позволяет управлять сетью. ЛВС с выделенным сервером (рис .54) имеют хорошие средства обеспечения безопасности данных и возможности для расширения, однако требуют постоянного квалифицированного обслуживания.

Рис. 53 . Одноранговая ЛВС

Рис. 54 . ЛВС с выделенным сервером

Способ объединения компьютеров между собой в сети называют топологией. Различают три наиболее распространенные сетевые топологии, которые используют и для одноранговых сетей, и для сетей с выделенным файл-сервером.

Сети строятся на основе трех основных (существуют еще и гибридные) топологий:

• линейная шина (рис. 55);

• звезда (рис. 56);

• кольцо (рис. 57).

От того, как именно соединены компьютеры, зависят многие характеристики сети: состав и характеристики сетевого оборудования; возможности по управлению сетью; возможности ее расширения (табл.3).

Линейная шина. Для ее построения используется один кабель, называемый шиной, к которому подсоединяются все компьютеры сети. Когда одна из машин производит передачу, пакет попадает в шину и «движется» к тому компьютеру, которому адресованы данные. На самом деле, информация доходит до всех участников сети. Но у тех, кому она не предназначена, данные не проходят через сетевую карту в компьютер.

На концах шины располагаются терминаторы – устройства, имитирующие бесконечную линию. Физически они представляют собой обычные сопротивления. Терминаторы необходимы, чтобы не происходило отражения сигнала, способного «забить» сеть уже дошедшими до адресата данными.

Следует помнить, что в случае шины в один момент времени передачу может осуществлять только один компьютер, а потому излишнее расширение сети приведет к существенному уменьшению скорости обмена данными.

Кольцо. При использовании этой топологии все компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Данные передаются по нему только в одном направлении и проходят через каждую машину (правда, если сигнал данному компьютеру не адресован, дальше сетевой карточки он не пройдет).

В отличие от «шины» здесь каждый ПК является репитером. Иными словами, компьютеры принимают сигнал, усиливают его и отправляют дальше.

Звезда. При использовании этой топологии помимо кабеля и сетевых карточек потребуется концентратор (обычно он называется хабом – hub). Его назначение – соединение всех компьютеров в единую систему, для чего от каждой машины к нему идет провод.

В настоящее время «звезда» – наиболее распространенная топология. Для ее расширения достаточно «воткнуть» в хаб кабель от нового компьютера (естественно, при наличии свободных портов у концентратора). Если таковых не оказалось, можно подключить еще один хаб. Все они снабжены специальным портом (uplink), предназначенным для подобного расширения.

Достоинства и недостатки топологий локальных сетей указаны в табл. 3. Сама по себе топология оказывает, безусловно, большое влияние на параметры работы сети. Однако не меньшее значение имеют устройства, которые реализуют тот или иной тип конфигурации. рассмотрим основные устройства, применяемые для локальных сетей.

Таблица 3

Достоинства и недостатки топологий ЛВС

1) Сетевая карта. Назначение карты – подготовка и передача данных по сетевому кабелю к другому компьютеру, управление потоками информации между ПК и кабельной системой.

Подготовка заключается в преобразовании данных из параллельного кода (в таком виде они перемещаются внутри компьютера - несколько сигналов идут одновременно) в последовательный. Далее информация переводится в стандартные электрические (или оптические) сигналы и направляется в кабель.

Если последовательно следить за сигналом, передаваемым по сети, то первое устройство, которого он достигнет, это сетевая карта (сетевой адаптер). Она находится внутри компьютера и «анализирует» поступающий сигнал.

Важнейшая для пользователя характеристика работы сетевой карты – скорость передачи данных. В настоящее время адаптеры, применяемые для построения сетей, существенно различаются по производительности: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с или 1 Гбит/с (возможны и комбинированные варианты, например 10/ 100 Мбит/с).

2) Концентратор. С распространением сетей, выполненных на основе топологии «звезда», концентраторы (рис. 58) стали пользоваться большим спросом. Их предназначение – объединение компьютеров и трансляция сигнала по сети.

Концентраторы бывают активными и пассивными. Первые восстанавливают и усиливают дошедший до них сигнал. Пассивные устройства просто принимают сигнал и транслируют его дальше. Их характерная особенность – отсутствие потребности в электроэнергии.

3) Switch. При построении большой сети применение одних только концентраторов неоправданно – система перегружается, и нормальная работа пользователей становится невозможной. Необходимы устройства, которые бы отправляли пакеты данных не по всем машинам, а только к нужному компьютеру. Одним из них является switch (переключатель, коммутатор). Он предназначен для того, чтобы соединять различные сегменты (законченные области) сети. По адресу, содержащемуся в пакете данных, switch определяет, кому именно предназначен этот сигнал, снижая, таким образом, межсегментный трафик.

♦ Глобальная сеть Интернет.

Всемирная компьютерная сеть Internet позволяет посылать и получать информацию с миллионов компьютеров, установленных по всему земному шару. В основе работы лежит протокол TCP/IP (Transfer Communication Protocol/ Internet Protocol). Его особенность состоит в доставке информации с одного компьютера на другой, если оба компьютера находятся в IP-пространстве. Принадлежность к этому пространству определяется наличием IP-адреса у каждого из этих компьютеров.

IP-адрес представляет собой сочетание октета 2⁸.2⁸.2⁸.2⁸ или 256.256.256.256. Это означает, что компьютер в сети может быть однозначно определен набором от 1.0.0.0 до 255.255.255.255.

Запоминание такого числа чаще всего является сложной задачей, поэтому каждому IP-адресу соответствует свое доменное имя, которое представляет не цифровой, а текстовой набор. Интернет поделен на «домены» или области со схожими характеристиками. Такими характеристиками являются или территориальное расположение, или сфера деятельности. Домены делятся на домены первого и второго уровня. Домены первого уровня присутствуют в доменном имени и занимают крайнюю правую позицию. Если это домен территории, то у него сокращенно записана страна (ru – Россия, jp – Япония, kr – Корея, fr – Франция и т. д.), если домен определяется сферой бизнеса, то это сокращение от бизнеса (gov – правительственные или государственные учреждения и организации, com – различные компании, edu – университеты и т. д.).

Домены второго уровня образуются в рамках доменов первого уровня и охватывают уже меньшую часть компьютеров.

Таким образом, в сети Интернет каждый компьютер каким-то образом однозначно определяется. Между двумя компьютерами устанавливается связь и от одного к другому передается информация пакетным образом, т. е. большое сообщение разбивается на более мелкие пакеты, которые независимыми путями достигают второго компьютера. В этом особенности работы протокола TCP/IP.

Распределением IP-адресов занимается международная организация, однако в рамках каждой территории есть выделенный резерв, который распределяется уже организацией данного государства.

В рамках сети Internet большинство документов записано на языке гипертекста, который позволяет включать в текст графические, видеоматериалы, звук. Для передачи и просмотра таких документов используется протокол передачи гипертекста HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) в рамках протокола TCP/IP. Он позволяет передать гипертекстовый документ с одного компьютера и просмотреть его на другом. Для просмотра гипертекстового документа служат программы просмотра – браузеры. Самые распространенные – Internet Explorer фирмы Microsoft и Netscape Navigator фирмы Netscape.

Персональный доступ в Internet осуществляется обычно через поставщика доступа в Internet (провайдера). Абонент соединяет свой компьютер с сервером доступа, пользуясь модемом, по обычной телефонной линии (удаленное соединение) или по выделенному каналу (выделенное соединение) связи с помощью протокола TCP/IP. Для выделенного соединения прокладывают (или арендуют) отдельную линию связи (при этом можно самому стать сервис-провайдером).

Подписавшись на услуги Internet, пользователь получает у провайдера: номер телефона для соединения с провайдером; пользовательское имя; пароль; IP адрес сервера; IP адрес пользователя; адрес электронной почты.

Таким образом, для того, чтобы создать удаленное соединение, надо иметь:

– линию связи (телефонную) и оборудование (компьютер и модем), чтобы к ней подключиться (аппаратный компонент);

– программы (браузеры), которые обслужат обмен данными в этой линии (программный компонент);

– договор с организацией, которая подключит линию ко всемирной Сети и, соответственно, предоставит необходимые для этого адреса и пароли (информационный компонент).

Популярным средством доступа в Интернет являются Интернет-карты, позволяющие не тратить время на личный контакт с сервис-провайдером. Их можно приобрести в розничной продаже. Они представляют собой пластиковую карточку с защитным слоем, под которым находятся регистрационные данные, необходимые для подключения. Также на карточке или в прилагаемом документе четко приведены все действия, которые надо выполнить, чтобы подключиться к провайдеру.

Основные службы Интернета. В Интернете, в зависимости от выполняемых задач, действует множество различных служб: электронная почта, группы новостей (они же – телеконференции), служба передачи файлов и многие другие. Однако самая популярная служба – это World Wide Web («Всемирная паутина»). Сокращенно ее называют WWW.

• Служба WWW. Служба WWW включает в себя три компонента, из которых два – программы и один – данные. Со стороны Интернета WWW основывается на программах, которые называются Web-серверами. Со стороны пользователя WWW основывается на программах, которые называются Web-браузерами. Работая в паре, серверы и браузеры обеспечивают доступ к Web-документам (их называют Web-страницами). Всю совокупность Web-документов можно рассматривать как одно огромное информационное пространство (Web-пространство). Каждый Web-документ имеет свой уникальный адрес, нельзя его разыскать и загрузить. Этот адрес называется URL-адресом (Uniformed Resource Locator). Он однозначно определяет адрес любого файла, имеющегося в мировой компьютерной сети. Рассмотрим, как образуется унифицированный указатель ресурса на примере Web-страницы сервера компании Netscape Communication, посвященной вопросам безопасности в Интернете (рис. 59).

Рис. 59 . URL-адрес одной из Web-страниц в Интернете

На рис.59 цифрами обозначена следующая информация:

1 – имя протокола сетевой службы. В данном случае имя протокола указывает на то, что это Web-сервер, потому что на протоколе HTTP основана служба WWW;

2 – стандартный разделитель в виде символа двоеточия и двух символов косой черты;

3 – доменное имя сервера;

4 – путь поиска файла Web-документа на заданном компьютере;

5 – имя компьютера в локальной сети компании Netscape;

6 – имя Web-сервера компании Netscape;

7 – имя домена, которому принадлежит сервер. В данном случае домен .com свидетельствует о том, что сервер принадлежит коммерческой структуре;

8 – каталог /assist на компьютере search;

9 – каталог /security в каталоге /assist;

10 – каталог /fags в каталоге /security;

11 – собственное имя ресурса. Ресурсом является файл cookies.html. Html – формат, в котором выполнен документ.

Web-документ может содержать (и, как правило, содержит) гиперссылки. Гиперссылка – это фрагмент текста или встроенный объект (например, рисунок), с которым связан адрес другого Web-документа. При щелчке на гиперссылке автоматически загружается тот документ, на который эта ссылка указывает (даже если этот документ физически находится на компьютере, расположенном на другом континенте). Так, переходя по гиперссылкам с одного документа на другой, можно выполнять путешествие по Web-пространству.

Поиск нужной информации или услуги в WWW удобнее всего осуществлять с помощью специальных поисковых служб. Обычно поисковая служба – это компания, имеющая свой сервер, на котором работает некая поисковая система. Для обращения к поисковой службе необходимо знать ее адрес. Выйдя на главную страницу поисковой службы, в поле поиска набираем ключевые слова интересующей темы, нажимаем клавишу Enter. После этого на экране монитора видим список найденных по запросу Web-документов, в которых встретились искомые слова. Затем по гиперссылкам можно посмотреть найденные документы.

Основные поисковые системы мира: AltaVista (http://www.altavista.com/); Ask Jeeves (http://www.askjeeves.com/); Direct Hit (http://www.directhit.com/); Excite (http://www.excite.com/); Fast Search (http://www.alltheweb.com/); GoTo (http://www.goto.com/); Google (http://www.google.com/); HotBot (http://hotbot.lycos.com/); LookSmart (http://www.looksmart.com/); Lycos (http://www.lycos.com/); MSN Search (http://search.msn.com/); Northern Light (http://www.northernlight.com/); Yahoo (http://www.yahoo.com/).

Наиболее популярные отечественные поисковые службы: Aport (http://www.aport.ru/); Атрус (@Rus) (http://www.atrus.ru/); Rambler (http://www.rambler.ru/); Яndex (http://www.yandex.ru/).

• Электронная почта (E-mail). Для обмена сообщениями между компьютерами, подключенными к Интернет, используется сервис, именуемый электронной почтой.

В процессе обмена принимают участие несколько элементов: отправитель почтового послания; почтовый сервер отправителя (исполняет роль почтового отделения); почтовый сервер получателя и получатель.

Для работы отправителя или получателя со своим почтовым сервером необходимо наличие специальной почтовой программы. Например, Microsoft Outlook, Outlook Express The Bat. Необходимое для оправки послание набирается или вставляется в текст в почтовой программе, а затем отсылается на почтовый сервер. Почтовый сервер отсылает это послание на почтовый сервер получателя, где оно хранится в почтовом ящике. После обращения получателя к своему почтовому ящику послание либо забирается из почтового ящика на локальный компьютер и на нем просматривается, либо просматривается прямо в почтовом ящике на почтовом сервере, где и остается до специального удаления.

Для отправки писем используется протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – простой протокол передачи почты), не спрашивающий никаких паролей.

Для получения писем используют два других протокола – POP3 (Post Office Protocol, версия 3) или IMAP (Internet Message Access Protocol). По первому сообщение забирается с почтового сервера на локальный компьютер, по второму – оно там остается. Поэтому, если работа все время протекает непосредственно в офисе или дома, то установка работы по протоколу POP3 – оптимальный вариант использования почтовой службой. Однако если пользователь не имеет своего персонального компьютера или его работа имеет разъездной характер, то использование протокола IMAP – самое правильное решение, поскольку в этом случае сообщения доступны с любого компьютера, подключенного к сети Интернет.

Формат почтового адреса состоит из двух частей, разделенных знаком "@". Вариантов названий этого символа множество: и лягушка, и ухо, и собака, и обезьяна. Правильное название: "эт коммерческий (-ая)". Первая часть почтового адреса – это имя пользователя, вторая часть – доменная.

Например: eg@post.mtu.ru. Здесь именем пользователя является eg и доменная часть адреса: post.mtu.ru, что однозначно определяет почтовый адрес пользователя с псевдонимом eg на почтовом сервере, обслуживающем домен post.mtu.ru.

В почтовом адресе могут также встретиться и другие символы, такие как "точка", знак подчеркивания "_", знак минус "–", но всегда будет имя пользователя и доменная часть, разделенные "@". Иногда электронный почтовый адрес предваряют словами e-mail или mailto, после них обычно ставится двоеточие. Например, E-mail: eg@post.dvgu.ru.

Раздачей почтовых адресов занимается любой провайдер сети Интернет. Существует возможность заведения почтового ящика, предоставляемая некоторыми серверами в Интернет. К их числу можно отнести mail.ru, yandex.ru, rambler.ru в России, yachoo.com, mail.com – за границей. После регистрации на этих сайтах, состоящей в заполнении и отсылки некоторой анкеты, пользователю заводится почтовый ящик типа login@mail.ru, работать с которым можно с любого компьютера, подключенного к сети Интернет по протоколу IMAP.

Послания электронной почты могут содержать не только простой текст, но и графические материалы (фотографии, рисунки), а также вложенные документы в других форматах (Word, Excel, Access и т. д.).

• Служба телеконференций. Система телеконференций, она же группа новостей, она же служба UseNet, – одна из старейших служб, пользующаяся популярностью и в наши дни. Благодаря этой службе можно отправить свое сообщение десяткам миллионов людей. Правда, прочитают его не все, а только те, кто настроит свои программы на тему, указанную вами. В качестве клиента службы можно использовать стандартные программы электронной почты. Подготовленное сообщение отправляется с помощью клиента на сервер новостей. Здесь его может получить каждый желающий. С помощью протокола NNTP (Net News Transfer Protocol) сервер новостей пересылает поступившее сообщение всем серверам, с которыми он соединен напрямую. Далее сообщение продолжает транслироваться на соседние серверы. Название телеконференции (группы новостей) строится по иерархическому принципу. Сначала следует название группы, потом через точку – название подгруппы и так далее (рис. 60).

Рис. 60. Пример названия телеконференции

На рис. 60 цифрами обозначены следующие сведения:

1 – группа, посвященная компьютерам и вычислительной технике;

2 – подгруппа, посвященная операционным системам;

3 – подгруппа, посвященная Windows;

4 – подгруппа, посвященная Windows95;

5 – конференция, посвященная вопросам установки операционной системы.

Пользователь может оформить подписку на определенные тематические группы, которые его интересуют. Подписка – это указание серверу новостей доставлять только те сообщения, которые соответствуют избранным темам. Они приходят на почтовый ящик пользователя.

• Службы передачи файлов. Для того, чтобы получить файл произвольного формата, существует специальный протокол пользовательского уровня, который называется протоколом передачи файлов (FTP – File Transfer Protocol). Когда пользователь путешествует по WWW, он может увидеть ссылки типа: «чтобы получить этот файл, щелкните здесь». Эта ссылка ведет к какому-то файлу, размещенному на сервере. При щелчке браузер автоматически запускает программу передачи файлов, и начинается прием файла.

Существуют и другие специализированные средства загрузки файлов из Интернета, которые предназначены для получения больших файлов. Такие программы называют менеджерами загрузки (Download manager). Их можно найти в Интернете, многие из них распространяются бесплатно (например, программа Net Vampire).