Информационные системы телекоммуникации компьютеры компьютерные сети. Конспект лекций

Компьютерные сети и телекоммуникации XXI века

Введение

2.1 Виды архитектур ЛС

2.3 Методы доступа в компьютерных сетях

3. Локальные сети ученого назначения

4. Телекоммуникации

Список использованной литературы

Введение

Компьютерная сеть - объединение нескольких ЭВМ для совместного решения информационных, вычислительных, учебных и других задач.

Одна из первых возникших при развитии вычислительной техники задач, потребовавшая создания сети хотя бы из двух ЭВМ - обеспечение многократно большей, чем могла дать в то время одна машина, надежности при управлении ответственным процессом в режиме реального времени. Так, при запуске космического аппарата необходимые темпы реакции на внешние события превосходят возможности человека, и выход из строя управляющего компьютера грозит непоправимыми последствиями. В простейшей схеме работу этого компьютера дублирует второй такой же, и при сбое активной машины содержимое ее процессора и ОЗУ очень быстро перебрасывается на вторую, которая подхватывает управление (в реальных системах все, конечно, происходит существенно сложнее).

Сети ЭВМ породили существенно новые технологии обработки информации - сетевые технологии. В простейшем случае сетевые технологии позволяют совместно использовать ресурсы - накопители большой емкости, печатающие устройства, доступ в Internet, базы и банки данных. Наиболее современные и перспективные подходы к сетям связаны с использованием коллективного разделения труда при совместной работе с информацией - разработке различных документов и проектов, управлении учреждением или предприятием и т.д.

Компьютерные сети и сетевые технологии обработки информации стали основой для построения современных информационных систем. Компьютер ныне следует рассматривать не как отдельное устройство обработки, а как "окно" в компьютерные сети, средство коммуникаций с сетевыми ресурсами и другими пользователями сетей.

1. Аппаратные средства компьютерных сетей

Локальные сети (ЛС ЭВМ) объединяют относительно небольшое число компьютеров (обычно от 10 до 100, хотя изредка встречаются и гораздо больше) в пределах одного помещения (учебный компьютерный класс), здания или учреждении (например, университета). Традиционное название - локальная вычислительная сеть (ЛВС) - скорее дань тем временам, когда сети в основном использовались для решения вычислительных задач; сегодня же в 99% случаев речь идет исключительно об обмене информацией в виде текстов, графических и видео-образов, числовых массивов. Полезность ЛС объясняется тем, что от 60% до 90% необходимой учреждению информации циркулирует внутри него, не нуждаясь в выходе наружу.

Большое влияние на развитие ЛС оказало создание автоматизированных систем управления предприятиями (АСУ). АСУ включают несколько автоматизированных рабочих мест (АРМ), измерительных комплексов, пунктов управления. Другое важнейшее поле деятельности, в котором ЛС доказали свою эффективность - создание классов учебной вычислительной техники (КУВТ).

Благодаря относительно небольшим длинам линий связи (как правило, не более 300 метров), по ЛC можно передавать информацию в цифровом виде с высокой скоростью передачи. На больших расстояниях такой способ передачи неприемлем из-за неизбежного затухания высокочастотных сигналов, в этих случаях приходится прибегать к дополнительным техническим (цифро-аналоговым преобразованиям) и программным (протоколам коррекции ошибок и др.) решениям.

Характерная особенность ЛС - наличие связывающего всех абонентов высокоскоростного канала связи для передачи информации в цифровом виде. Существуют проводные и беспроводные каналы. Каждый из них характеризуется определенными значениями существенных с точки зрения организации ЛС параметров:

1. скорости передачи данных;

2. максимальной длины линии;

3. помехозащищенности;

4. механической прочности;

5. удобства и простоты монтажа;

6. стоимости.

В настоящее время обычно применяют четыре типа сетевых кабелей:

1. коаксиальный кабель;

2. незащищенная витая пара;

3. защищенная витая пара;

4. волоконно-оптический кабель.

Первые три типа кабелей передают электрический сигнал по медным проводникам. Волоконно-оптические кабели передают свет по стеклянному волокну.

Большинство сетей допускает несколько вариантов кабельных соединений.

Коаксиальные кабели состоят из двух проводников, окруженных изолирующими слоями. Первый слой изоляции окружает центральный медный провод. Этот слой оплетен снаружи внешним экранирующим проводником. Наиболее распространенными коаксиальными кабелями являются толстый и тонкий кабели "Ethernet". Такая конструкция обеспечивает хорошую помехозащищенность и малое затухание сигнала на расстояниях.

Различают толстый (около 10 мм в диаметре) и тонкий (около 4 мм) коаксиальные кабели. Обладая преимуществами по помехозащищенности, прочности, длине, толстый коаксиальный кабель дороже и сложнее в монтаже (его сложнее протягивать по кабельным каналам), чем тонкий. До последнего времени тонкий коаксиальный кабель представлял собой разумный компромисс между основными параметрами линий связи ЛВС и наиболее часто используется для организации крупных ЛС предприятий и учреждений. Однако более дорогие толстые кабели обеспечивают лучшую передачу данных на большее расстояние и менее чувствительны к электромагнитным помехам.

Витые пары представляют собой два провода, скрученных вместе шестью оборотами на дюйм для обеспечения защиты от электромагнитных помех и согласования электрического сопротивления. Другим наименованием, обычно потребляемым для такого провода, является "IBM тип-3". В США такие кабели прокладываются при постройке зданий для обеспечения телефонной связи. Однако использование телефонного провода, особенно когда он уже размещен в здании, может создать большие проблемы. Во-первых, незащищенные витые пары чувствительны к электромагнитным помехам, например электрическим шумам, создаваемым люминесцентными светильниками и движущимися лифтами. Помехи могут создавать также сигналы, передаваемые по замкнутому контуру в телефонных линиях, проходящих вдоль кабеля локальной сети. Кроме того, витые пары плохого качества могут иметь переменное число витков на дюйм, что искажает расчетное электрическое сопротивление.

Важно также заметить, что телефонные провода не всегда проложены по прямой линии. Кабель, соединяющий два рядом расположенных помещения, может на самом деле обойти половину здания. Недооценка длины кабеля в этом случае может привести к тому, что фактически она превысит максимально допустимую длину.

Защищенные витые пары схожи с незащищенными, за исключением того, что они используют более толстые провода и защищены от внешнего воздействия шеи изолятора. Наиболее распространенный тип такого кабеля, применяемого в локальных сетях, "IBM тип-1" представляет собой защищенный кабель с двумя витыми парами непрерывного провода. В новых зданиях лучшим вариантом может быть кабель "тип-2", так как он включает помимо линии передачи данных четыре незащищенные пары непрерывного провода для передачи телефонных переговоров. Таким образом, "тип-2" позволяет использовать один кабель для передачи как телефонных переговоров, так и данных по локальной сети.

Защита и тщательное соблюдение числа повивов на дюйм делают защищенный кабель с витыми парами надежным альтернативным кабельным соединением Однако эта надежность приводит к увеличению стоимости.

Волоконно-оптические кабели передают данные в виде световых импульсов стеклянным "проводам". Большинство систем локальных сетей в настоящее время поддерживает волоконно-оптическое кабельное соединение. Волоконно-оптический кабель обладает существенными преимуществами по сравнению с любыми вариантами медного кабеля. Волоконно-оптические кабели обеспечивают наивысшую скорость передачи; они более надежны, так как не подвержены потерям информационных пакетов из-за электромагнитных помех. Оптический кабель очень тонок и гибок, что делает его транспортировку более удобной по сравнению с более тяжелым медным кабелем. Однако наиболее важно то, что только оптический кабель имеет достаточную пропускную способность, которая в будущем потребуется для более быстрых сетей.

Пока еще цена волоконно-оптического кабеля значительно выше медного. По сравнению с медным кабелем монтаж оптического кабеля более трудоемок, по сколько концы его должны быть тщательно отполированы и выровнены до обеспечения надежного соединения. Однако ныне происходит переход на оптоволоконные линии, абсолютно неподверженные помехам и находящиеся вне конкуренции по пропускной способности. Стоимость таких линий неуклонно снижается, технологические трудности стыковки оптических волокон успешно преодолеваются.

Беспроводная связь на радиоволнах может использоваться для организации сетей в пределах больших помещений типа ангаров или павильонов, там где использование обычных линий связи затруднено или нецелесообразно. Кроме того, беспроводные линии могут связывать удаленные сегменты локальных сетей на расстояниях 3 - 5 км (с антенной типа волновой канал) и 25 км (с направленной параболической антенной) при условии прямой видимости. Организации беспроводной сети существенно дороже, чем обычной.

Для организации учебных ЛС чаще всего используется витая пара, как самая дешевая, поскольку требования к скорости передачи данных и длине линий не являются критическими.

Для связи компьютеров с помощью линий связи ЛС требуются адаптеры сети (или, как их иногда называют, сетевые платы). Самыми известными являются: адаптеры следующих трех типов:

1. ArcNet; 2. Token Ring; 3. Ethernet.

2. Конфигурация ЛС и организация обмена информацией

2.1 Виды архитектур ЛС

В простейших сетях с небольшим числом компьютеров они могут быть полностью равноправными; сеть в этом случае обеспечивает передачу данных от любого компьютера к любому другому для коллективной работы над информацией. Такая сеть называется одноранговой.

Однако в крупных сетях с большим числом компьютеров оказывается целесообразным выделять один (или несколько) мощных компьютеров для обслуживания потребностей сети (хранение и передачу данных, печать на сетевом принтере). Такие выделенные компьютеры называют серверами; они работают под управлением сетевой операционной системы. В качестве сервера обычно используется высокопроизводительный компьютер с большим ОЗУ и винчестером (или даже несколькими винчестерами) большой емкости. Клавиатура и дисплей для сервера сети не обязательны, поскольку они используются очень редко (для настройки сетевой ОС).

Все остальные компьютеры называются рабочими станциями. Рабочие станции могут не иметь винчестерских дисков или даже дисководов вовсе. Такие рабочие станции называют бездисковыми. Первичная загрузка ОС на бездисковые рабочие станции происходит по локальной сети с использованием специально устанавливаемых на сетевые адаптеры рабочих станций микросхем ОЗУ, хранящих программу начальной загрузки.

ЛС в зависимости от назначения и технических решений могут иметь различные конфигурации (или, как еще говорят, архитектуру, или топологию).

В кольцевой ЛС информация передается по замкнутому каналу. Каждый абонент непосредственно связан с двумя ближайшими соседями, хотя в принципе способен связаться с любым абонентом сети.

В звездообразной (радиальной) ЛС в центре находится центральный управляющий компьютер, последовательно связывающийся с абонентами и связывающий их друг с другом.

В шинной конфигурации компьютеры подключены к общему для них каналу (шине), через который могут обмениваться сообщениями.

В древовидной - существует "главный" компьютер, которому подчинены компьютеры следующего уровня, и т.д.

Кроме того, возможны конфигурации без отчетливого характера связей; пределом является полносвязная конфигурация, когда каждый компьютер в сети непосредственно связан с любым другим компьютером.

В крупных ЛС предприятий и учреждений чаще всего используется шинная (шейная) топология, соответствующая архитектуре многих административных зданий, имеющих длинные коридоры и кабинеты сотрудников вдоль них. Для учебных целей в КУВТ чаще всего используют кольцевые и звездообразные ЛС.

В любой физической конфигурации поддержка доступа от одного компьютера к другому, наличие или отсутствие выделенного компьютера (в составе КУВТ его называют "учительским", а остальные - "ученическими"), выполняется программой – сетевой операционной системой, которая по отношению к ОС отдельных компьютеров является надстройкой. Для современных высокоразвитых ОС персональных компьютеров вполне характерно наличие сетевых возможностей (например, OS/2, WINDOWS 95-98).

2.2 Компоненты передачи данных по сети

Процесс передачи данных по сети определяют шесть компонент:

1. компьютер-источник;

2. блок протокола;

3. передатчик;

4. физическая кабельная сеть;

5. приемник;

6. компьютер-адресат.

Компьютер-источник может быть рабочей станцией, файл-сервером, шлюзом или любым компьютером, подключенным к сети. Блок протокола состоит из набора микросхем и программного драйвера для платы сетевого интерфейса. Блок протокола отвечает за логику передачи по сети. Передатчик посылает электрический сигнал через физическую топологическую схему. Приемник распознает и принимает сигнал, передающийся по сети, и направляет его для преобразования в блок протокола. Цикл передачи данных начинается с компьютера-источника, передающего исходные данные в блок протокола. Блок протокола организует данные в пакет передачи, содержащий соответствующий запрос к обслуживающим устройствам, информацию по обработке запроса (включая, если необходимо, адрес получателя) и исходные данные для передачи. Пакет затем направляется в передатчик для преобразования в сетевой сигнал. Пакет распространяется по сетевому кабелю пока не попадает в приемник, где перекодируется в данные. Здесь управление переходит к блоку протокола, который проверяет данные на сбойность, передает "квитанцию" о приеме пакета источнику, переформировывает пакеты и передает их в компьютер-адресат.

Учебные материалы для студентов очной формы обучения

5. Образец выполнения индивидуального задания (referat) - Скачать

7. Образец созданного веб-сайта - Скачать

8. Образец созданной веб-страницы - Скачать

9. Приложение для подбора цвета - "Color" - Скачать

11. Текст для самостоятельного создания веб-страницы и сайта - Скачать

12. Рисунки для самостоятельного создания веб-страницы и сайта - Скачать

13. Электронная книга: Технология оформления рефератов и контрольных работ - Скачать

Учебные материалы для студентов дистанционной и заочной форм обучения

4. Образец контрольной работы для студентов дистанционной и заочной форм обучения по курсу КСТ: Kontrol_rabota - Скачать

Вычислительные или компьютерные сети

Основные понятия дисциплины "Компьютерные сети и телекоммуникации"

Цель обучения студентов основам компьютерных сетей и телекоммуникаций - обеспечить знание теоретических и практических основ в организации и функционировании компьютерных сетей и телекоммуникаций, умение применять в профессиональной деятельности распределенные данные, прикладные программы и ресурсы сетей.

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 (звука, изображения, данных, текста) на расстояние по различным электромагнитным системам (кабельным и оптоволоконным каналам, радиоканалам и другим проводным и беспроводным каналам связи).

Телекоммуникационная сеть - это система технических средств, посредством которой осуществляются телекоммуникации.

К телекоммуникационным сетям относятся:

1. Компьютерные сети (для передачи данных).
2. Телефонные сети (передача голосовой информации).
3. Радиосети (передача голосовой информации - широковещательные услуги).
4. Телевизионные сети (передача голоса и изображения - широковещательные услуги).

Предмет дисциплины - теоретические и практические основы в области компьютерных сетей и телекоммуникаций.

Учебная программа курса объемом 198 академических часов разделена на два содержательных (учебных) модуля объемом 2,0 и 3,5 кредитов (объем кредита ECTS составляет 36 академических часов) и состоит из аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов.

Задача дисциплины Компьютерные сети и телекоммуникации:

• формирование знания теоретических и практических основ в применении компьютерных сетей;
• научить подключать ПК к сетям, и работать в них;
• научить использовать аппаратные, программные и информационные ресурсы сетей;
• научить работать с сетевыми прикладными программами.

В результате изучения дисциплины студенты должны:
ЗНАТЬ:

• технологии и принципы построения компьютерных сетей;
• принципы функционирования и взаимодействия аппаратных и программных средств компьютерной техники;
• способы настраивания ОС Mіcrosoft Wіndows для работы в сетях;
• сетевые прикладные программы;
• прикладные программы для создания Web - сайтов и Web-страниц;
• Украинские и международные поисковые средства в Іnternet;
• основные возможности бизнеса в Іnternet.

УМЕТЬ:

• использовать вычислительные системы в профессиональной деятельности;
• подключать ПК к сетям, и работать в них;
• работать с сетевыми прикладными программами;
• создавать и оформлять Web - страницы и Web - сайты.

БЫТЬ ОЗНАКОМЛЕННЫМИ:

• с основными тенденциями развития методов и технологий компьютерных сетей;
• с механизмами передачи данных по каналам связи;
• с возможными ресурсами ЛВС;
• с сервисом сети Іnternet.

Используемая литература:

1. Комп"ютерні мережі та телекомунікації : навч. посібник / В. А. Ткаченко, О. В. Касілов, В. А. Рябик. – Харків: 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. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер –СПб. Питер, 2010. – 944 с.
4. Мур М. и др. Телекоммуникации. Руководство для начинающих. / Авторы: Мур М., Притск Т., Риггс К., Сауфвик П. - 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.
6. Хестер Н. Frontpage 2002 для Windows: Пер. С англ. - М.: ДМК Пресс, 2002. – 448с.

Цель обучения студентов основам компьютерных сетей - обеспечить знание теоретических и практических основ в области LAN и WAN, сетевых прикладных программ и приложений для создания веб-страниц и сайтов, в области организации компьютерной безопасности и защиты информации в сетях, а также в области ведения бизнеса в Интернет.

Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, которые могут осуществлять информационное взаимодействие друг с другом с помощью коммуникационного оборудования и программного обеспечения.

Телекоммуникации - это передача и прием такой информации как звук, изображение, данные и текст на большие расстояния по электромагнитным системам: кабельным каналами; оптоволоконным каналам; радиоканалам и другим каналам связи. Телекоммуникационная сеть - это совокупность технических и программных средств, посредством которых осуществляются телекоммуникации. К телекоммуникационным сетям относятся: 1. Компьютерные сети (для передачи данных) 2. Телефонные сети (передача голосовой информации) 3. Радиосети (передача голосовой информации - широковещательные услуги) 4. Телевизионные сети (передача голоса и изображения - широковещательные услуги)

Зачем нужны вычислительные или компьютерные сети? Компьютерные сети создаются с целью доступа к общесистемным ресурсам (информационным, программным и аппаратным), распределенным (децентрализованным) в этой сети. По территориальному признаку различают сети локальные и территориальные (региональные и глобальные).

Следует различать компьютерные и терминальные сети. Компьютерные сети связывают компьютеры, каждый из которых может работать и автономно. Терминальные сети обычно связывают мощные компьютеры (мэйнфреймы) с терминалами (устройствами ввода - вывода информации). Примером терминальных устройств и сетей может служить сеть банкоматов или касс продажи билетов.

Основное отличие LAN от WAN состоит в качестве, использованных линий связи и в том, что в ЛВС существует только один путь передачи данных между компьютерами, а в WAN их множество (существует избыточность каналов связи). Так как линии связи в ЛВС более качественные, то скорость передачи информации в LAN гораздо выше, чем в WAN. Но осуществляется постоянное проникновение технологий LAN в WAN и наоборот, что значительно повышает качество сетей и расширяет спектр предоставляемых услуг. Таким образом, различия между LAN и WAN постепенно сглаживаются. Тенденция сближения (конвергенция) характерна не только для LAN и WAN, но и для телекоммуникационных сетей других типов, к которым относятся радиосети, телефонные и телевизионные сети. Телекоммуникационные сети состоят из следующих компонентов: сети доступа, магистрали, информационные центры. Компьютерную сеть можно представить многослойной моделью, состоящей из слоев:

 компьютеры;

 коммуникационное оборудование;

 операционные системы;

 сетевые приложения. В компьютерных сетях используются различные типы и классы компьютеров. Компьютеры и их характеристики определяют возможности компьютерных сетей. К коммуникационному оборудованию относятся: модемы, сетевые карты, сетевые кабели и промежуточная аппаратура сетей. К промежуточной аппаратуре относятся: приемопередатчики или трансиверы (traceivers), повторители или репитеры (repeaters), концентраторы (hubs), мосты (bridges), коммутаторы, маршрутизаторы (routers), шлюзы (gateways).

Для обеспечения взаимодействия программно-аппаратных комплексов в компьютерных сетях были приняты единые правила или стандарт, который определяет алгоритм передачи информации в сетях. В качестве стандарта были приняты сетевые протоколы, которые определяют взаимодействие оборудования в сетях. Так как взаимодействие оборудования в сети не может быть описано одним единственным сетевым протокол, то был применен многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. В результате была разработана семиуровневая модель взаимодействия открытых систем - OSI. Эта модель разделяет средства взаимодействия на семь функциональных уровней: прикладной, представительный (уровень представления данных), сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия оборудования в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. Наиболее популярным является стек - TCP/IP. Этот стек используется для связи компьютеров в сети Internet и в корпоративных сетях.

Протоколы реализуются автономными и сетевыми операционными системами (коммуникационными средствами, которые входят в ОС), а также устройствами телекоммуникационного оборудования (мостами, коммутаторами, маршрутизаторами, шлюзами). К сетевым приложениям относятся различные почтовые прикладные программы (Outlook Express, The Bat, Eudora и другие) и браузеры - программы для просмотра веб-страниц (Internet Explorer, Opera, Mozzila Firefox и другие). К прикладным программам для создания сайтов относятся: Macromedia HomeSite Plus, WebCoder, Macromedia Dreamweaver, Microsoft FrontPage и другие приложения. Большой интерес представляет глобальная информационная сеть Интернет. Internet – это объединение транснациональных компьютерных сетей с различными типами и классами компьютеров и сетевого оборудования, работающих по различным протоколам и передающих информацию по различным каналам связи. Интернет - это мощное средство телекоммуникации, хранения и предоставления информации, ведения электронного бизнеса и дистанционного (интерактивного или он-лайн) обучения.

Тема 4 «Компьютерные сети, сетевые и телекоммуникационные технологии. Интернет»

Компьютерная сеть – это объединение отдельных ПК, дающее возможность совместно использовать информационные и технические ресурсы. С помощью сети можно посмотреть любую информацию в любом из подключенных ПК

Информационные ресурсы - это файлы программ и документов, технические – это принтер, модем, диски. Чтобы сеть функционировала необходимо специальное аппаратное и техническое обеспечение.

До недавнего времени различали 2 вида сетей: локальные и глобальные . Сейчас сюда добавляют 3-й вид – региональные или корпоративные .

Локальные сети

Локальные сети представляют собой небольшую группу ПК, расположенных в одном здании или соседних зданиях и соединенных между собой линиями связи (проводами) относительно небольшой длины. При соединении 2-х ПК (локальное кабельное соединение) не требуется никакого дополнительного оборудования или настройки сети. Но если ПК больше 2-х, то возникает необходимость специальной настройки управления компьютером и, даже, возможно появление дополнительного оборудования – сетевого адаптера. Сетевой адаптер или HUB – это устройство, обеспечивающее работу нескольких ПК в сети, которое определяет очередность передачи данных линиям связи. При этом ПК должен так же иметь сетевую плату или сетевую карту. Способ соединения ПК в локальную сеть (конфигурация сети) называют топологией сети.

Существует несколько видов топологии:

Комбинированный способ является сочетанием любых трех в любой последовательности.

Из рисунков хорошо видно, что только в соединении звездой имеется сетевой адаптер. Достоинством 1-го и 2-го соединений является более высокая скорость передачи сигналов по сети, но в случае выхода из строя одного из ПК, нарушается работа всей сети. В «звезде» поломка ПК не влияет на работу сети, но зато скорость работы в сети несколько ниже.

Топологию выбирают исходя из потребностей предприятия. Если предприятие занимает многоэтажное здание или несколько соседних зданий, то целесообразнее использовать комбинированную схему. А от выбранной топологии зависит состав оборудования и программного обеспечения.

Кроме этого различают 2 вида сети: сервер-клиент и одноранговые .

В первом случае один ПК является управляющим или сервером. Обычно он имеет больше памяти, к нему подключены различные устройства оргтехники: принтеры, модем; на нем хранится общая для всех информация и он выполняет большую часть работы. Остальные ПК называют станциями. Если же сервера нет, и все ПК имеют равные возможности, то такая сеть называется одноранговой. Для работы в такой сети достаточно настроить «Сетевое окружение», присвоить всем ПК уникальные номера и одно имя группе. При создании рабочих групп учитывают принадлежность ПК тому или иному подразделению: бухгалтерии, администрации, отделу кадров и т.п. В дальнейшем пользователю достаточно войти в «Сетевое окружение», выбрать ПК по имени, сделать на нужном значке двойной щелчок, ввести пароль, если он предусмотрен и он оказывается на чужом ПК. При этом на всех ПК должен быть настроен «Доступ» в свойствах диска С: или другой папки. Доступ бывает 2-х видов:

полный, когда всем пользователям разрешается просматривать содержимое папок, читать файлы, вносить изменения и сохранять их, удалять, переименовывать и т.д.

только чтение, т.е. другие пользователи могут просматривать и читать любые файла, копировать к себе на ПК, но не имеют права вносить какие-либо изменения.

Глобальные сети.

Глобальные сети объединяют ПК, находящиеся в различных районах, городах и даже странах. Они используют телефонные линии связи и модемы. Одной из самых распространенных сетей является Интернет. В мире существуют и другие глобальные сети. Одни из них бесплатные, так же как Интернет, другие коммерческие. Сеть Интернет предоставляет пользователям несколько видов услуг: поиск нужной информации, пересылку почты, развлечения, новости и многое др. Подключение к Интернету в настоящее время тоже может быть самым различным.

Региональные или корпоративные сети.

Эти сети как и предыдущие используют модем и телефонные линии связи, но у них может и не быть выхода в Интернет, так же как и к ним в сеть можно попасть далеко не всегда, а только узкому кругу, принадлежащему одной корпорации или региону. Примером таких сетей может служить внутренняя сеть КГУ, сеть любого банка, сеть городского отдела образования г. Костаная. Такие сети как правило представляют собой соединение глобальной сети, выход в которую имеют только некоторые ПК, и нескольким десяткам локальных сетей, имеющих выход в Интернет только через компьютеры-серверы.

Обозначение сетей:

Глобальные сети (WAN - Wide Area Network);

Региональные сети (MAN - Metropolitan Area Network);

Локальные сети (LAN - Local Area Network).

Скорость передачи данных по каналу связи измеряется количеством битов информации, передаваемых за единицу времени - секунду.

Запомните! Единица измерения скорости передачи данных - бит в секунду.

Примечание. Часто используется единица измерения скорости - бод. Бод - число изменений состояния среды передачи в секунду. Так как каждое измене­ние состояния может соответствовать нескольким битам данных, то реальная скорость в битах в секунду может превышать скорость в бодах.

Скорость передачи данных зависит от типа и качества канала связи, типа используе­мых модемов и принятого способа синхронизации.

Задачи.

1. Теоретически модем, передающий информацию со скорость 57600 бит/с, может передать 2 страницы текста (3600 байт) в течении:

C ) 0.5 с;

D) 3 мин 26 с;

E) 2 мин 16 с.

2. Определите время передачи двух страницы текста (3 600 байт) модемом, передающий информацию со скоростью 28 800 бит/с.

A) 1 минута;

C ) 1 секунда;

E) 2 минуты.

Интернет

Глобальная сеть Интернет возникла в начале 60-х годов. В настоящее время в Интернете используются практически все известные линии связи: от низкоскоростных телефонных до высокоскоростных спутниковых каналов. Различны также аппаратные и программные средства. Доступ к информации в телекоммуникационных сетях осуществляется через специальные протоколы, программы, компьютеры-серверы. Эти компоненты называются сервисами сети, а также услугами, ресурсами или службами.

Для того чтобы информация передавалась между компьютерами независимо от используемых линий связи, типа ЭВМ и программного обеспечения, разработаны специальные протоколы передачи информации. Они работают по принципу разбивки данных на блоки определенного размера (пакеты), которые последо­вательно отсылаются адресату.

В Интернете используются два основных протокола:

Межсетевой протокол (Iпternet Protocol- IP) разделяет передаваемые данные на отдельные пакеты и снабжает заголовком с указанием адреса получателя.

Протокол управления передачей (Transmission Control Protocol - ТСР) отвечает за правильную доставку такого пакета, т.е. разбиение файлов на IP-пакеты в процессе передачи и сборку файлов в процессе получения;

Поскольку оба эти протокола пред­ставляют собой единое целое, то говорят о прото­коле ТСР/IР. Этот протокол является своеобразным языком, без которого невозможно взаимопонимание отдель­ных участников - различных прог­рамм, компьютеров и сетей, входящих в глобальную сеть.

Сеть Интернет полностью децентрализована. Это означает отсутствие руководящей инстанции, диктующей условия и правила пользования сетью, отслеживающей их соблюдение и наказывающей нарушителей. С течением времени выработались определенные общепринятые принципы эксплуатации сети.

Идентификация отдельных компьютеров и их пользователей осуществляется при помощи двух адресов:

Доменный адрес, который понятен человеку;

IР-адрес, который понятен компьютеру.

Пример :
адрес www.геlcоm.ru:

Www - имя ресурса - World Wide Web;

Relcom - название фирмы:

Ru – Россия.

IP - адрес представляет собой 32-битовое число (например _49._19._81._ _2), разделенное точками на 4 части, из которых ни одна не может превышать 255. Этот адрес мало о чем говорит пользователю, но именно он считывается компьютером.

Чтобы посмотреть IP – адрес своего ПК, нужно через правую кнопку мыши открыть свойства службы «Сетевое окружение», затем также через правую кнопку открыть свойства своего сетевого подключения и посмотреть свойства «Протокол Интернета ТСР/IР». Существует два вида IP – адреса: статический и динамический. Статический адрес постоянно закреплен за ПК и прописан в окне свойств, а динамический не указывается явно, так как при каждом подключении к Интернету, ПК получает от сервера свободный (не занятый) IP – адрес. World Wide Web. Появление и развитие глобальной информационной сети Интернет, обусло­вили разработку специальных программ - браузеров. Эти программы организуют просмотр ресурсов Интернета и ориентированы на работу в сетях, реализованных по стандартам Интернета, и Всемирной паутины - WWW.

World Wide Web (WWW) - одна из технологий Интернета. Суть WWW заключается в представлении информации в виде расположенных на раз­личных компьютерах отдельных текстовых, графических и других файлов. Эти файлы объединены между собой гиперсвязями. Совокупность таких файлов называют Web-документом или Web-сайтом (Web-site). Web-сайт состоит из отдельных Web-страниц. Несколько Web-документов располагаются на Web-сервере. Поиск Web-документа и обращение к нему выполняется по специальному адресу - URL (Uniform Resource Locator). Стандартный URL состоит их трех частей, определяющих протокол передачи информации, имя компьютера, на котором находится информация, и путь к ней. Например, структура URL компании Vermont Teddy Bears, осуществляющей продажу игрушек, выглядит так:

Указывая URL, пользователь однозначно определяет необходимый файл.

Для того, чтобы информация быстро и качественно предавалась по сетям, используются специальные форматы файлов, разработанные специально для работы в Интернет и в WWW:

Для просмотра Web-документов необходимо специальное программное обеспечение. Такие программы - приложение называются Web-браузерами.

Наиболее популярными являются:

Internet Ехрlогег (разра­ботка фирмы Мicrosоft)

Netscape Navigator (фирмы Netscape Communications Согр.).

Opera и многие др.

Помимо ресурса WWW, Web-браузеры до­пускают обращение к другим ресурсам Интернета:

поисковые системы,

электронная почта,

• файловые архивы FТP,

  телекон­ференции.

Электронная почта (e-mail) (торговая марка Electronic Маи) была зарегистрирована в 1974 году. До тех пор использовалось название "Система передачи сообщений с помощью компьютеров" (Computer Based Messaging System).

Электронная почта по своему принципу очень похожа на обычную, просто пересылаются не физические письма, а их информационные образы, т.е. электронные документы. Это как накладывает ряд ограничений, так и дает ряд преимуществ. Основное достоинство – оперативность: обычно почта доходит за несколько минут. ЭП не использует географических адресов, а почтовые ящики не привязаны к какому-либо географическому месту. Почтовые ящики находятся на компьютерах-серверах, которые называют почтовыми серверами. Служба ЭП работает по принципу «клиент-сервер». Создавая письмо на своем ПК, пользователь отправляет его со своего ящика своего сервера на чужой почтовый ящик, который может находится на этом же сервере или на другом. Письмо хранится на сервере в почтовом ящике. Пользователь, зайдя на свой почтовый ящик, может прочитать письмо, удалить его, как обычный файл, отправить ответ, т.е. создать новый файл. Фактически, он при этом работает на сервере, использует ресурсы сервера. Файлы рисунков, аудио или видео прикрепляют к письмам с помощью специальной команды.

Для достижения конфиденциальности, при создании своего почтового ящика каждый пользователь придумывает себе логин, который также называют «ник» и пароль. Почтовый сервер берет на себя гарантии по сохранению их в тайне. Пользователь может проверить свой почтовый ящик, находясь в любом городе, с любого ПК, имеющего выход в Интернет.

Адрес электронной почты выглядит так:

логин @ имя почтового сервера

Например: [email protected]

Если какое-то письмо не может быть сразу доставлено, например не работает сервер, где находится ящик, письмо ставится на очередь и будет отправляться каждые 10-15 минут. Если через несколько часов письмо все еще не будет отправлено, то отправитель получает уведомление, что адрес не существует. Почтовая служба устроена таким образом, что письмо просто так исчезнуть не может. При отправке почты взаимодействие происходит по протоколу исходящей почты SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – простейший протокол исходящей почты). При приеме работает протокол входящей почты РОР3.

Существует множество различных почтовых программ:

Microsoft Outlook Express,

Microsoft Internet Mail,

Эти программы позволяют хранить всю отправленную и полученную корреспонденцию на своем ПК, а не на почтовом сервере. Это позволяет работать с почтой, не подключаясь к Интернету, так как подключение в этом случае необходимо только в момент отправки и приемки почты. Каждый почтовый имеет как минимум 4 папки (каталога): полученные, отправленные, черновики и корзину. Но обычно можно создавать дополнительные папки для упорядочивание писем. Но если ящик находится на сервере, то есть ограничение на размеры ящика (в Кбайтах), а если пользоваться почтовой программой, то письма как бы перекачиваются с сервера, и хранятся на ПК пользователя, поэтому объем для их хранения не ограничивается.

Служба ICQ .

Предназначена для коммуникационных целей. Это своеобразный Интернет - пейджер, который немедленно сообщает, кто из друзей находится в данный момент в Интернете и при этом желает общаться. Каждому абоненту присваивается уникальный номер UIN –универсальный Интернет, который снабжается паролем. Основная форма общения в ICQ – обмен короткими (до 450 символов) сообщениями почти в реальном времени. Необходимо только установит на ПК специальную программу, которые как правило бесплатные.

Chat .

В переводе с английского означает «дружеский разговор, беседа, болтовня». В современном Интернете за этим термином закрепилось значение «общения в реальном режиме времени». Специальная программа IRC – Internet Relay Chat – организует многопользовательскую систему общения. В настоящее время Chat организуют на многих сайтах, чтобы привлекать дополнительных пользователей.

Форумы.

Организуются на различных сайтах, для определения общественного мнения по самым различным вопросам или для обмена мнений.

Конференции.

Используется не только чат, но Web-камера и микрофон. Требует использования большого количества Интернет-ресурсов и высокоскоростных линий связи, чтобы не происходило запаздывания, т.е. для обеспечения синхронизации звука и изображения.

Контрольные вопросы

Что такое информация?

Какие разделы входят в информатику?

Как можно классифицировать информацию?

Как информация измеряется?

Литература

1. Аветисян Р. Д., Аветисян Д. Д., Теоретические основы информатики – М.: Наука, 1997. , с. 3 - 75

2. Аладьев В.З. и др. Основы информатики. – М.: Филин, 1999., с 3- 41

3. Макарова Н. В., Матвеев Л. А., Бройдо В. Л. и др. Информатика / Под ред. Макаровой Н. В. М, 2003.

4. Информатика / Под ред. С. В. Симоновича. - СПб., 2004.

5. Моисеев А.В. Информатика. - М.: Академия, 1998.

Компьютерные сети и телекоммуникации

Система доменных имен DNS

Соответствие между доменными именами и IP-адресами может устанавливаться как средствами локального хоста, так и средствами централизованной службы. На раннем этапе развития Internet на каждом хосте вручную создавался текстовый файл с известным именем hosts. Этот файл состоял из некоторого количества строк, каждая из которых содержала одну пару "IP-адрес - доменное имя", например 102.54.94.97 - rhino.acme.com.

По мере роста Internet файлы hosts также росли, и создание масштабируемого решения для разрешения имен стало необходимостью.

Таким решением стала специальная служба - система доменных имен (Domain Name System, DNS). DNS - это централизованная служба, основанная на распределенной базе отображений "доменное имя - IP-адрес". Служба DNS использует в своей работе протокол типа "клиент-сервер". В нем определены DNS-серверы и DNS-кли-енты. DNS-серверы поддерживают распределенную базу отображений, а DNS-клиен-ты обращаются к серверам с запросами о разрешении доменного имени в IP-адрес.

Служба DNS использует текстовые файлы почти такого формата, как и файл hosts, и эти файлы администратор также подготавливает вручную. Однако служба DNS опирается на иерархию доменов, и каждый сервер службы DNS хранит только часть имен сети, а не все имена, как это происходит при использовании файлов hosts. При росте количества узлов в сети проблема масштабирования решается созданием новых доменов и поддоменов имен и добавлением в службу DNS новых серверов.

Для каждого домена имен создается свой DNS-сервер. Этот сервер может хранить отображения "доменное имя - IP-адрес" для всего домена, включая все его поддомены. Однако при этом решение оказывается плохо масштабируемым, так как при добавлении новых поддоменов нагрузка на этот сервер может превысить его возможности. Чаще сервер домена хранит только имена, которые заканчиваются на следующем ниже уровне иерархии по сравнению с именем домена. (Аналогично каталогу файловой системы, который содержит записи о файлах и подкаталогах, непосредственно в него "входящих".) Именно при такой организации службы DNS нагрузка по разрешению имен распределяется более-менее равномерно между всеми DNS-серверами сети. Например, в первом случае DNS-сервер домена mmt.ru будет хранить отображения для всех имен, заканчивающихся на mmt.ru: wwwl.zil.mmt.ru, ftp.zil.mmt.ru, mail.mmt.ru и т. д. Во втором случае этот сервер хранит отображения только имен типа mail.mmt.ru, www.mmt.ru, а все остальные отображения должны храниться на DNS-сервере поддомена zil.

Каждый DNS-сервер кроме таблицы отображений имен содержит ссылки на DNS-серверы своих поддоменов. Эти ссылки связывают отдельные DNS-серверы в единую службу DNS. Ссылки представляют собой IP-адреса соответствующих серверов. Для обслуживания корневого домена выделено несколько дублирующих друг друга DNS-серверов, IP-адреса которых являются широко известными (их можно узнать, например, в InterNIC).

Процедура разрешения DNS-имени во многом аналогична процедуре поиска файловой системой адреса файла по его символьному имени. Действительно, в обоих случаях составное имя отражает иерархическую структуру организации соответствующих справочников - каталогов файлов или таблиц DNS. Здесь домен и доменный DNS-сервер являются аналогом каталога файловой системы. Для доменных имен, так же как и для символьных имен файлов, характерна независимость именования от физического местоположения.

Процедура поиска адреса файла по символьному имени заключается в последовательном просмотре каталогов, начиная с корневого. При этом предварительно проверяется кэш и текущий каталог. Для определения IP-адреса по доменному имени также необходимо просмотреть все DNS-серверы, обслуживающие цепочку поддоменов, входящих в имя хоста, начиная с корневого домена. Существенным же отличием является то, что файловая система расположена на одном компьютере, а служба DNS по своей природе является распределенной.

Существуют две основные схемы разрешения DNS-имен. В первом варианте работу по поиску IP-адреса координирует DNS-клиент:

DNS-клиент обращается к корневому DNS-серверу с указанием полного доменного имени;

DNS-сервер отвечает, указывая адрес следующего DNS-сервера, обслуживающего домен верхнего уровня, заданный в старшей части запрошенного имени;

DNS-клиент делает запрос следующего DNS-сервера, который отсылает его к DNS-серверу нужного поддомена, и т. д., пока не будет найден DNS-сервер, в котором хранится соответствие запрошенного имени IP-адресу. Этот сервер дает окончательный ответ клиенту. Такая схема взаимодействия называется нерекурсивной или итеративной, когда клиент сам итеративно выполняет последовательность запросов к разным серверам имен. Так как эта схема загружает клиента достаточно сложной работой, то она применяется редко. Во втором варианте реализуется рекурсивная процедура:

DNS-клиент запрашивает локальный DNS-сервер, то есть тот сервер, который обслуживает поддомен, к которому принадлежит имя клиента;

Если локальный DNS-сервер знает ответ, то он сразу же возвращает его клиенту; это может соответствовать случаю, когда запрошенное имя входит в тот же поддомен, что и имя клиента, а также может соответствовать случаю, когда сервер уже узнавал данное соответствие для другого клиента и сохранил его в своем кэше;

Если же локальный сервер не знает ответ, то он выполняет итеративные запросы к корневому серверу и т. д. точно так же, как это делал клиент в первом варианте; получив ответ, он передает его клиенту, который все это время просто ждал его от своего локального DNS-сервера.

В этой схеме клиент перепоручает работу своему серверу, поэтому схема называется косвенной или рекурсивной. Практически все DNS-клиенты используют рекурсивную процедуру.

Стек протоколов TCP/IP.

Стек TCP/IP, называемый также стеком DoD и стеком Internet, является одним из наиболее популярных и перспективных стеков коммуникационных протоколов. Если в настоящее время он распространен в основном в сетях с ОС UNIX, то реализация его в последних версиях сетевых операционных систем для персональных компьютеров (Windows NT, NetWare) является хорошей предпосылкой для быстрого роста числа установок стека TCP/IP.

Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence, DoD) более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть ARPA поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети ARPA связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола Internet Protocol (IP), который и по сей день является одним из основных в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека.

Большой вклад в развитие стека TCP/IP внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Широкое распространение ОС UNIX привело и к широкому распространению протокола IP и других протоколов стека. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть Internet, чье подразделение Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.

Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.

Самый нижний (уровень IV) - уровень межсетевых интерфейсов - соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных каналов это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных каналов - собственные протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP/PPP, которые устанавливают соединения типа "точка - точка" через последовательные каналы глобальных сетей, и протоколы территориальных сетей X.25 и ISDN. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня.

Следующий уровень (уровень III) - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей дейтаграмм с использованием различных локальных сетей, территориальных сетей X.25, линий специальной связи и т. п. В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP, который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным протоколом.

К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизатором и шлюзом, системой-источником и системой-приемником, то есть для организации обратной связи. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.

Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает устойчивое виртуальное соединение между удаленными прикладными процессами. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным методом, то есть без установления виртуального соединения, и поэтому требует меньших накладных расходов, чем TCP.

Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet и ее российской ветви РЕЛКОМ, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие. Остановимся несколько подробнее на некоторых из них, наиболее тесно связанных с тематикой данного курса.

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Проблема управления разделяется здесь на две задачи. Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия сервера с программой-клиентом, работающей на хосте администратора. Они определяют форматы сообщений, которыми обмениваются клиенты и серверы, а также форматы имен и адресов. Вторая задача связана с контролируемыми данными. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в шлюзах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые хост или шлюз должен сохранять, и допустимые операции над ними.

Протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений - TCP. Кроме пересылки файлов протокол, FTP предлагает и другие услуги. Так пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов, FTP позволяет пользователю указывать тип и формат запоминаемых данных. Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль.

В стеке TCP/IP протокол FTP предлагает наиболее широкий набор услуг для работы с файлами, однако он является и самым сложным для программирования. Приложения, которым не требуются все возможности FTP, могут использовать другой, более экономичный протокол - простейший протокол пересылки файлов TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Этот протокол реализует только передачу файлов, причем в качестве транспорта используется более простой, чем TCP, протокол без установления соединения - UDP.

Протокол telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленной ЭВМ.

Протокол BGP

Общая схема работы BGP такова. BGP-маршрутизаторы соседних АС, решившие обмениваться маршрутной информацией, устанавливают между собой соединения по протоколу BGP и становятся BGP-соседями (BGP-peers).

Далее BGP использует подход под названием path vector, являющийся развитием дистанционно-векторного подхода. BGP-соседи рассылают (анонсируют, advertise) друг другу векторы путей (path vectors). Вектор путей, в отличие от вектора расстояний, содержит не просто адрес сети и расстояние до нее, а адрес сети и список атрибутов (path attributes), описывающих различные характеристики маршрута от маршрутизатора-отправителя в указанную сеть. В дальнейшем для краткости мы будем называть набор данных, состоящих из адреса сети и атрибутов пути до этой сети, маршрутом в данную сеть.

Реализация BGP

Пара BGP-соседей устанавливает между собой соединение по протоколу TCP, порт 179. Соседи, принадлежащие разным АС, должны быть доступны друг другу непосредственно; для соседей из одной АС такого ограничения нет, поскольку протокол внутренней маршрутизации обеспечит наличие всех необходимых маршрутов между узлами одной автономной системы.

Поток информации, которым обмениваются BGP-соседи по протоколу TCP, состоит из последовательности BGP-сообщений. Максимальная длина сообщения 4096 октетов, минимальная - 19. Имеется 4 типа сообщений.

Типы BGP-сообщений

• OPEN - посылается после установления TCP-соединения. Ответом на OPEN является сообщение KEEPALIVE, если вторая сторона согласна стать BGP-соседом; иначе посылается сообщение NOTIFICATION с кодом, поясняющим причину отказа, и соединение разрывается.
• KEEPALIVE - сообщение предназначено для подтверждения согласия установить соседские отношения, а также для мониторинга активности открытого соединения: для этого BGP-соседи обмениваются KEEPALIVE-сообщениями через определенные интервалы времени.
• UPDATE - сообщение предназначено для анонсирования и отзыва маршрутов. После установления соединения с помощью сообщений UPDATE пересылаются все маршруты, которые маршрутизатор хочет объявить соседу (full update), после чего пересылаются только данные о добавленных или удаленных маршрутах по мере их появления (partial update).
• NOTIFICATION - сообщение этого типа используется для информирования соседа о причине закрытия соединения. После отправления этого сообщения BGP-соединение закрывается.

Формат BGP-сообщения

Сообщение протокола BGP состоит из заголовка и тела. Заголовок имеет длину 19 октетов и состоит из следующих полей:

· маркер: в сообщении OPEN всегда, и при работе без аутентификации - в других собщениях, заполнен единицами. Иначе содержит аутентификационную информацию. Сопутствующая функция маркера - повышение надежности выделения границы сообщения в потоке данных.

· длина сообщения в октетах, включая заголовок.

Протокол IGRP

Протокол маршрутизации внутренних роутеров (Interior Gateway Routing Protokol-IGRP) является протоколом маршрутизации, разработанным в середине 1980 гг. компанией Cisco Systems, Inc. Главной целью было обеспечение живучего протокола для маршрутизации в пределах автономной системы (AS), имеющей произвольно сложную топологию и включающую в себя носитель с разнообразными характеристиками ширины полосы и задержки.

IGRP является протоколом внутренних роутеров (IGP) с вектором расстояния. Протоколы маршрутизации с вектором расстояния требуют от каждого роутера отправления через определенные интервалы времени всем соседним роутерам всей или части своей маршрутной таблицы в сообщениях о корректировке маршрута. По мере того, как маршрутная информация распространяется по сети, роутеры могут вычислять расстояния до всех узлов объединенной сети.

IGRP использует комбинацию (вектор) показателей. Задержка объединенной сети (internetwork delay), ширина полосы (bandwidth), надежность (reliability) и нагрузка (load) - все эти показатели учитываются в виде коэффициентов при принятии маршрутного решения. Администраторы сети могут устанавливать факторы весомости для каждого из этих показателей. IGRP предусматривает широкий диапазон значений для своих показателей.

Для обеспечения дополнительной гибкости IGRP разрешает многотрактовую маршрутизацию. Дублированные линии с одинаковой шириной полосы могут пропускать отдельный поток трафика циклическим способом с автоматическим переключением на вторую линию, если первая линия выходит из строя.

Формат пакета

Первое поле пакета IGRP содержит номер версии (version number).

Поле операционного кода (opcode). Это поле обозначает тип пакета. Операционный код, равный 1, обозначает пакет корректировки (содержат заголовок, за которым сразу же идут записи данных маршрутной таблицы); равный 2-пакет запроса (используются источником для запроса маршрутной таблицы из другого роутера.

Поле выпуска (edition). Это значение номера выпуска используется для того, чтобы позволить роутерам избежать обработки корректировок, содержащих информацию, которую они уже видели.

Следующие три поля обозначают номер подсетей, номер главных сетей и номер внешних сетей в пакете корректировки.

Поле контрольной суммы (checksum). Вычисление контрольной суммы позволяет принимающему роутеру проверять достоверность входящего пакета.

Характеристики стабильности

IGRP обладает рядом характеристик, предназначенных для повышения своей стабильности. В их число входят:

Временные удерживания изменений используется для того, чтобы помешать регулярным сообщениям о коррректировке незаконно восстановить в правах маршрут, который возможно был испорчен. Период удерживания изменений обычно рассчитывается так, чтобы он был больше периода времени, необходимого для корректировки всей сети в соответствии с каким-либо изменением маршрутизации.

Расщепленные горизонты Понятие о расщепленных горизонтах проистекает из того факта, что никогда не бывает полезным отправлять информацию о каком-нибудь маршруте обратно в том направлении, из которого она пришла. Правило о расщепленных горизонтах помогает предотвращать зацикливание маршрутов.

Корректировки отмены маршрута предназначены для борьбы с более крупными маршрутными петлями. Увеличение значений показателей маршрутизации обычно указывает на появление маршрутных петель. В этом случае посылаются корректировки отмены, чтобы удалить этот маршрут и перевести его в состояние удерживания.

IGRP обеспечивает ряд таймеров и переменных, содержащих временные интервалы. Сюда входят

• таймер корректировки (определяет, как часто должны отправляться сообщения о корректировке маршрутов),
• таймер недействующих маршрутов, определяет, сколько времени должен ожидать роутер при отсутствии сообщений о корректировке какого-нибудь конкретного маршрута, прежде чем об"явить этот маршрут недействующим
• период времени удерживания изменений
• таймер отключения. указывает, сколько времени должно пройти прежде, чем какой-нибудь роутер должен быть исключен из маршрутной таблицы.

Протоколы сетевого уровня реализуются, как правило, в виде программных модулей и выполняются на конечных узлах-компьютерах, называемых хостами, а также на промежуточных узлах - маршрутизаторах, называемых шлюзами. Функции маршрутизаторов могут выполнять как специализированные устройства, так и универсальн

Понятие internetworking

Основная идея введения сетевого уровня состоит в следующем. Сеть в общем случае рассматривается как совокупность нескольких сетей и называется составной сетью или интерсетью (internetwork или internet) . Сети, входящие в составную сеть, называются подсетями (subnet) , составляющими сетями или просто сетями (рис. 5.1). Подсети соединяются между собой маршрутизаторами. Компонентами составной сети могут являться как локальные, так и глобальные сети. Внутренняя структура каждой сети на рисунке не показана, так как она не имеет значения при рассмотрении сетевого протокола. Все узлы в пределах одной подсети взаимодействуют, используя единую для них технологию. Так, в составную сеть, показанную на рисунке, входит несколько сетей разных технологий: локальные сети Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI и глобальные сети frame relay, X.25, ISDN. Каждая из этих технологий достаточна для того, чтобы организовать взаимодействие всех узлов в своей подсети, но не способна построить информационную связь между произвольно выбранными узлами, принадлежащим и разным подсетям, например между узлом А и узлом В на рис. 5.1. Следовательно, для организации взаимодействия между любой произвольной парой узлов этой «большой» составной сети требуются дополнительные средства. Такие средства и предоставляет сетевой уровень.

Сетевой уровень выступает в качестве координатора, организующего работу всех подсетей, лежащих на пути продвижения пакета по составной сети. Для перемещения данных в пределах подсетей сетевой уровень обращается к используемым в этих подсетях технологиям.

Хотя многие технологии локальных сетей (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet и др.) используют одну и ту же систему адресации узлов на основе МАС - адресов, существует немало технологий (X.25, АТМ, frame relay), в которых применяются другие схемы адресации. Адреса, присвоенные узлам в соответствии с технологиями подсетей, называют локальными. Чтобы сетевой уровень мог выполнить свою задачу, ему необходима собственная система адресации, не зависящая от способов адресации узлов в отдельных подсетях, которая позволила бы на сетевом уровне универсальным и однозначным способами идентифицировать любой узел составной сети.

Естественным способом формирования сетевого адреса является уникальная нумерация всех подсетей составной сети и нумерация всех узлов в пределах каждой подсети. Таким образом, сетевой адрес представляет собой пару: номер сети (подсети) и номер узла.

В качестве номера узла может выступать либо локальный адрес этого узла (такая схема принята в стеке IPX/SPX), либо некоторое число, никак не связанное с локальной технологией, которое однозначно идентифицирует узел в пределах данной подсети. В первом случае сетевой адрес становится зависимым от локальных технологий, что ограничивает его применение. Например, сетевые адреса IPX/SPX рассчитаны на работу в составных сетях, объединяющих сети, в которых используются только МАС - адреса или адреса аналогичного формата. Второй подход более универсален, он характерен для стека TCP/IP. И в том и другом случае каждый узел составной сети имеет наряду со своим локальным адресом еще один - универсальный сетевой адрес.

Данные, которые поступают на сетевой уровень и которые необходимо передать через составную сеть, снабжаются заголовком сетевого уровня. Данные вместе с заголовком образуют пакет. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в объединенную сеть, и несет наряду с другой служебной информацией данные о номере сети, которой предназначается этот пакет. Сетевой уровень определяет маршрут и перемещает пакет между подсетями.

При передаче пакета из одной подсети в другую пакет сетевого уровня, инкапсулированный в прибывший канальный кадр первой подсети, освобождается от заголовков этого кадра и окружается заголовками кадра канального уровня следующей подсети. Информацией, на основе которой делается эта замена, являются служебные поля пакета сетевого уровня. В поле адреса назначения нового кадра указывается локальный адрес следующего маршрутизатора.

Концентраторы Ethernet

В технологии Ethernet устройства, объединяющие несколько физических сегментов коаксиального кабеля в единую разделяемую среду, использовались давно и получили название "повторителей" по своей основной функции - повторению на всех своих портах сигналов, полученных на входе одного из портов. В сетях на основе коаксиального кабеля обычными являлись двухпортовые повторители, соединяющие только два сегмента кабеля, поэтому термин концентратор к ним обычно не применялся.

С появлением спецификации lOBase-T для витой пары повторитель стал неотъемлемой частью сети Ethernet, так как без него связь можно было организовать только между двумя узлами сети. Многопортовые повторители Ethernet на витой паре стали называть концентраторами или хабами, так как в одном устройстве действительно концентрировались связи между большим количеством узлов сети. Концентратор Ethernet обычно имеет от 8 до 72 портов, причем основная часть портов предназначена для подключения кабелей на витой паре. На рис. 2. показан типичный концентратор Ethernet, рассчитанный на образование небольших сегментов разделяемой среды. Он имеет 16 портов стандарта lOBase-T с разъемами RJ-45, а также один порт AUI для подключения внешнего трансивера.

Обычно к этому порту подключается трансивер, работающий на коаксиал или оптоволокно. С помощью этого трансивера концентратор подключается к магистральному кабелю, соединяющему несколько концентраторов между собой, либо таким образом обеспечивается подключение станции, удаленной от концентратора более чем на 100 м.

Рис. 15. Концентратор Ethernet.

Для соединения концентраторов технологии lOBase-T между собой в иерархическую систему коаксиальный или оптоволоконный кабель не обязателен, можно применять те же порты, что и для подключения конечных станций, с учетом одного обстоятельства. Дело в том, что обычный порт RJ-45, предназначенный для подключения сетевого адаптера и называемый MDI-X (кроссированный MDI), имеет инвертированную разводку контактов разъема, чтобы сетевой адаптер можно было подключить к концентратору с помощью стандартного соединительного кабеля, не кроссирующего контакты.

В случае соединения концентраторов через стандартный порт MDI-X приходится использовать нестандартный кабель с перекрестным соединением пар. Поэтому некоторые изготовители снабжают концентратор выделенным портом MDI, в котором нет кроссирования пар. Таким образом, два концентратора можно соединить обычным некроссированным кабелем, если это делать через порт MDI-X одного концентратора и порт MDI второго. Чаще один порт концентратора может работать и как порт MDI-X, и как порт MDI, в зависимости от положения кнопочного переключателя.

Многопортовый повторитель-концентратор Ethernet может по-разному рассматриваться при использовании правила 4-х хабов. В большинстве моделей все порты связаны с единственным блоком повторения, и при прохождении сигнала между двумя портами повторителя блок повторения вносит задержку всего один раз. Поэтому такой концентратор нужно считать одним повторителем с ограничениями, накладываемыми правилом 4-х хабов. Но существуют и другие модели повторителей, в которых на несколько портов имеется свой блок повторения.

В таком случае каждый блок повторения нужно считать отдельным повторителем и учитывать его отдельно в правиле 4-х хабов.
Некоторые отличия могут демонстрировать модели концентраторов, работающие на одномодовый волоконно-оптический кабель. Дальность сегмента кабеля, поддерживаемого концентратором FDDI, на таком кабеле может значительно отличаться в зависимости от мощности лазерного излучателя - от 10 до 40 км.

Однако если существующие различия при выполнении основной функции концентраторов не столь велики, то их намного превосходит разброс в возможностях реализации концентраторами дополнительных функций. Отключение портов.

Очень полезной при эксплуатации сети является способность концентратора отключать некорректно работающие порты, изолируя тем самым остальную часть сети от возникших в узле проблем. Эту функцию называют автосегментацией (autopartitioning). Для концентратора FDDI эта функция для многих ошибочных ситуаций является основной, так как определена в протоколе. В то же время для концентратора Ethernet или Token Ring функция автосегментации для многих ситуаций является дополнительной, так как стандарт не описывает реакцию концентратора на эту ситуацию. Основной причиной отключения порта в стандартах Ethernet и Fast Ethernet является отсутствие ответа на последовательность импульсов link test, посылаемых во все порты каждые 16 мс. В этом случае неисправный порт переводится в состояние "отключен", но импульсы link test будут продолжать посылаться в порт с тем, чтобы при восстановлении устройства работа с ним была продолжена автоматически.

Рассмотрим ситуации, в которых концентраторы Ethernet и Fast Ethernet выполняют отключение порта:

o Ошибки на уровне кадра. Если интенсивность прохождения через порт кадров, имеющих ошибки, превышает заданный порог, то порт отключается, а затем, при отсутствии ошибок в течение заданного времени, включается снова. Такими ошибками могут быть: неверная контрольная сумма, неверная длина кадра (больше 1518 байт или меньше 64 байт), неоформленный заголовок кадра.
o Множественные коллизии. Если концентратор фиксирует, что источником коллизии был один и тот же порт 60 раз подряд, то порт отключается. Через некоторое время порт снова будет включен.

o Затянувшаяся передача (jabber). Как и сетевой адаптер, концентратор контролирует время прохождения одного кадра через порт. Если это время превышает время передачи кадра максимальной длины в 3 раза, то порт отключается.

Поддержка резервных связей

Так как использование резервных связей в концентраторах определено только в стандарте FDDI, то для остальных стандартов разработчики концентраторов поддерживают такую функцию с помощью своих частных решений. Например, концентраторы Ethernet/Fast Ethernet могут образовывать только иерархические связи без петель. Поэтому резервные связи всегда должны соединять отключенные порты, чтобы не нарушать логику работы сети.

Обычно при конфигурировании концентратора администратор должен определить, какие порты являются основными, а какие по отношению к ним - резервными (рис. 16). Если по какой-либо причине порт отключается (срабатывает механизм автосегментации), концентратор делает активным его резервный порт.

Рис. 16.

Рис. 16. Резервные связи между концентраторами Ethernet.

При рассмотрении некоторых моделей концентраторов возникает вопрос - зачем в этой модели имеется такое большое количество портов, например 192 или 240? Имеет ли смысл разделять среду в 10 или 16 Мбит/с между таким большим количеством станций? Возможно, десять - пятнадцать лет назад ответ в некоторых случаях мог бы быть и положительным, например, для тех сетей, в которых компьютеры пользовались сетью только для отправки небольших почтовых сообщений или для переписывания небольшого текстового файла.

Сегодня таких сетей осталось крайне мало, и даже 5 компьютеров могут полностью загрузить сегмент Ethernet или Token Ring, a в некоторых случаях - и сегмент Fast Ethernet. Для чего же тогда нужен концентратор с большим количеством портов, если ими практически нельзя воспользоваться из-за ограничений по пропускной способности, приходящейся на одну станцию? Ответ состоит в том, что в таких концентраторах имеется несколько несвязанных внутренних шин, которые предназначены для создания нескольких разделяемых сред.

Например, концентратор, изображенный на рис. 17, имеет три внутренние шины Ethernet. Если, например, в таком концентраторе 72 порта, то каждый из этих портов может быть связан с любой из трех внутренних шин. На рисунке первые два компьютера связаны с шиной Ethernet 3, а третий и четвертый компьютеры - с шиной Ethernet 1. Первые два компьютера образуют один разделяемый сегмент, а третий и четвертый - другой разделяемый сегмент.

Рис. 17. Многосегментный концентратор.

Между собой компьютеры, подключенные к разным сегментам, общаться через концентратор не могут, так как шины внутри концентратора никак не связаны. Многосегментные концентраторы нужны для создания разделяемых сегментов, состав которых может легко изменяться. Большинство многосегментных концентраторов, например System 5000 компании Nortel Networks или PortSwitch Hub компании 3Com, позволяют выполнять операцию соединения порта с одной из внутренних шин чисто программным способом, например с помощью локального конфигурирования через консольный порт.

В результате администратор сети может присоединять компьютеры пользователей к любым портам концентратора, а затем с помощью программы конфигурирования концентратора управлять составом каждого сегмента. Если завтра сегмент 1 станет перегруженным, то его компьютеры можно распределить между оставшимися сегментами концентратора.

Возможность многосегментного концентратора программно изменять связи портов с внутренними шинами называется конфигурационной коммутацией (configuration switching).
ВНИМАНИЕ
Конфигурационная коммутация не имеет ничего общего с коммутацией кадров, которую выполняют мосты и коммутаторы. Многосегментные концентраторы - это программируемая основа больших сетей. Для соединения сегментов между собой нужны устройства другого типа - мосты/коммутаторы или маршрутизаторы. Такое межсетевое устройство должно подключаться к нескольким портам многосегментного концентратора, подсоединенным к разным внутренним шинам, и выполнять передачу кадров или пакетов между сегментами точно так же, как если бы они были образованы отдельными устройствами-концентраторами.

Для крупных сетей многосегментный концентратор играет роль интеллектуального кроссового шкафа, который выполняет новое соединение не за счет механического перемещения вилки кабеля в новый порт, а за счет программного изменения внутренней конфигурации устройства. Управление концентратором по протоколу SNMP.

Как видно из описания дополнительных функций, многие из них требуют конфигурирования концентратора. Это конфигурирование может производиться локально, через интерфейс RS-232C, который имеется у любого концентратора, имеющего блок управления. Кроме конфигурирования в большой сети очень полезна функция наблюдения за состоянием концентратора: работоспособен ли он, в каком состоянии находятся его порты.