Алешин Л.И., Максимов Н.В. Информационные технологии

Подождите немного. Документ загружается.

271

граммно-техническими решениями, интерфейсом, возможностью осу-

ществления безошибочной передачи информации, а также сервисами.

Под интерфейсом понимается способ доступа пользователя к ре-

сурсам сети. Он подразумевает внешний вид представления информации

на экране дисплея компьютера, удобство и простоту выполнения необ-

ходимых команд, дружественное меню и систему подсказок, стандарт-

ную методику работы с программами, систему вывода на дисплей сооб-

щений, контролирующих функционирование сети (мониторинг), макси-

мальное использование естественных языков и др.

С точки зрения организации существует разделение сетей на три

вида: реальные, искусственные и одноранговые. Рассмотрим их подроб-

нее.

К реальным сетям относят такие, в которых компьютеры соеди-

няются между собой по определённой схеме посредством специальных

устройств – сетевых адаптеров и требуется присутствие специалистов,

осуществляющих контроль и эксплуатацию таких сетей. Они называют-

ся «real network или Network With an Attitude» (NWA). Например, Net-

Ware фирмы Novell и Windows NT фирмы Microsoft. Более сложной и

одновременно распространённой считается технология сети «кли-

ент/сервер», когда любой компьютер сети в определённых ситуациях

может быть попеременно как сервером, так и клиентом. Их ИР, как пра-

вило, размещаются на жёстких дисках одного или нескольких серверов.

В любом случае, где бы ни размещался общий ИР, он доступен всем

пользователям этой сети.

Искусственные сети не требуют специального сетевого жёсткого

диска. Компьютеры в этих сетях связываются между собой через после-

довательные или параллельные порты без специальных сетевых адапте-

ров. Иногда такая связь называется ноль-модемной или ноль-слотовой

(англ. «zero-slot network»), так как ни в один из слотов компьютера не

включена сетевая плата (адаптер). Такие сети работают очень медленно

и, как правило, позволяют осуществлять одновременную работу лишь с

двумя компьютерами. К ним относятся Laplink, Interlink и др.

Одноранговые сети организуются по принципу «равный среди

равных» (англ. «peer-to-peer network») и относятся к промежуточному

типу между реальными и искусственными. В одноранговой сети в зави-

симости от необходимости каждый компьютер может быть сервером

или РС. Например, РС с подключённым к ней принтером может исполь-

зоваться как сетевой сервер печати и т.п. Фирма Microsoft встраивает та-

кую сеть в операционные системы Windows’95/97/98/2000. Компания

Artisoft предлагает одноранговую сеть LANtastic, работающую с опера-

ционными системами DOS и Windows.

Преимущество таких сетей заключается в предоставлении ими

почти таких же возможностей (сервисов), как и в реальных сетях, при

том, что их гораздо легче устанавливать и обслуживать. Кроме того, не

требуется однозначно выделять серверы, так как любой компьютер мо-

272

жет быть сервером и одновременно клиентом. При этом с компьютеров

пользователей можно обращаться к папкам, файлам и принтерам, нахо-

дящимся на других компьютерах этой сети.

Важным аспектом сетевых технологий является выбор метода пе-

редачи сообщений в сети. Известны и используются три метода переда-

чи.

Метод передачи с приоритетным доступом. С передающего ком-

пьютера поступает запрос на передачу информации. Ему предоставляет-

ся канал во временное пользование. Все остальные компьютеры сети

ожидают окончания сеанса передачи.

Метод с челночным опросом. В сети циркулирует информацион-

ный пакет с пустым интервалом и последовательно опрашивает все ком-

пьютеры на потребность передачи ими информации. Если такая потреб-

ность имеется, движущийся интервал подхватывает возможный для пе-

редачи информационный пакет и переносит его адресату.

Метод пакетов-маркеров. Этот метод подобен контейнерным пе-

ревозкам, когда подготовленное к передаче сообщение «конвертирует-

ся» (преобразуется) в пакеты с адресом и ждёт оказии с транспортёром,

которым в данном случае является маркированный интервал времени.

Этот интервал может использоваться только одним компьютером.

Если принята одноканальная система связи, то в любой момент

времени передавать данные может только одна РС. При многоканальной

системе связи максимальное число передаваемых сообщений равно чис-

лу информационных каналов. Подобная система позволяет передавать

графическую информацию и организовывать видеоконференции.

Процессы, осуществляемые в сети, можно разделить на основные

и вспомогательные. К основным относятся прикладные процессы –

ввод, обработка, хранение и передача информации пользователям.

Вспомогательными считаются процессы взаимодействия прикладных

процессов друг с другом с помощью средств коммуникации. Эти про-

цессы достаточно сложны, поэтому Международная организация стан-

дартов (ISO) рекомендует делить их на семь уровней. Сверху вниз это:

► прикладной (7),

► представительный (6),

► сеансовый (5),

► транспортный (4),

► сетевой (3),

► канальный (2),

► физический (1).

Любой уровень выполняет указания вышестоящего уровня. При-

кладной уровень использует сервис всех остальных уровней процессов

взаимодействия. Основная задача уровней – обеспечить надёжное взаи-

модействие прикладных процессов. Вышестоящие уровни способны ис-

правлять ошибки нижестоящих. Так, например, ошибка, пропущенная

273

Рис. 15-2. Сеть типа «кольцо»

Рис. 15-3. Сеть типа «общая ши-

Рис. 15-1.

Сеть типа «звезда»

канальным уровнем при передаче информации, будет выявлена и ис-

правлена транспортным.

Топология сетей

Структура построения сетей (топология), в первую очередь,

определяется способом соединения компьютеров между собой.

Топология – описание способа физического соединения серверов

и рабочих станций в сеть.

В общем случае различают «шинное» (параллельное подключение

компьютеров к одной линии связи),

звездообразное (радиальное, т.е. когда

все ПК – РС соединяются с одним ПК

– сервером), кольцевое и смешанное

соединения компьютеров в сеть. К

смешанному относится не только од-

новременное использование назван-

ных выше способов соединения ПК,

но и иерархическое, а также много-

связное (в этом случае каждый ПК со-

единяется со всеми остальными в се-

ти) соединение.

Сеть типа «звезда» (англ. «star»)

представлена на Рис. 15-1. Она

управляется центральным

компьютером (сервером), к

которому через концентратор

(англ. «Hub») подключаются все

РС. К одному концентратору

можно подключить до 16 и более

РС, расположенных на рас-

стоянии до 100 м от него. С

помощью концентраторов можно

строить иерархические сети.

Сообщения, посланные от

одной РС к другой, проходят и

коммутируются сервером. В этом

случае выход из строя узлового

компьютера (сервера) приводит к

остановке всей сети. Выход из

строя одной РС не прерывает ра-

боту сети и при этом легко найти

неисправный кабель.

В сети типа «кольцо» (англ.

«ring») любое сообщение передаётся по кольцу до тех пор, пока не дос-

274

тигнет адресата (Рис. 15-2). При этом также существует опасность выхо-

да из строя сервера и нарушения работы всей сети. Передаваемое любой

РС сообщение, достигает РС-получателя, проходя через другие РС сети,

расположенные между ними, но воспользоваться им сможет только РС-

получатель.

В сети типа «общая шина» (англ. «bus») все станции подключа-

ются к общей магистрали (Рис. 15-3), что снимает проблему нарушения

работы сети при выходе из строя любого ПК. Каждая станция обладает

возможностью передавать по шине своё сообщение. Данные, передавае-

мые одной РС, становятся доступными другим РС сети, но использовать

их могут только те РС, которым было адресовано сообщение. Опрос РС

в подобной сети может осуществляться по любому методу, заданному

сетевой программой. Дублирование серверов в такой сети позволяет ре-

шить проблему возможного выхода из строя одного из них. Как правило,

используется в ЛВС.

Сети различаются назначением, конфигурацией, характеристиками

применяемого оборудования и программ. Они бывают универсальные и

специализированные; однородные (гомогенные), т.е. состоящие из про-

граммно совместимых ЭВМ, и неоднородные (гетерогенные), в том чис-

ле разнотипных компьютеров.

В зависимости от принятого способа управления сети делятся на:

централизованные, децентрализованные и смешанные.

По отношению к собственности (в зависимости от прав) разли-

чают частные (англ. «private») сети и сети общего пользования (англ.

«public»). Последние включают телефонные сети (ТфОП) и сети переда-

чи данных (СПД).

С точки зрения количества используемых ЭВМ сети можно раз-

делить на малые (до 10 ПК), средние (до 30 ПК) и большие (более 30

ПК).

По типу организации передачи информации они подразделяются

на сети с коммутацией сообщений, пакетов и каналов. Существуют ва-

рианты использования смешанных типов передачи данных.

По типу используемых средств передачи информации сети бы-

вают проводные (кабельные), беспроводные (радио и спутниковые) и

комбинированные.

В качестве проводных сетей используются существующие теле-

фонные и телеграфные коммутируемые и выделенные сети, а также сети

передачи данных. Кроме того, порой специально для передачи цифровой

информации создаются компьютерные сети.

Более подробно эти вопросы, а также используемые в сетях кабели

рассматриваются в теме 14. Здесь же рассмотрим нетривиальный способ

организации проводных информационных сете и беспроводные сети.

Всё более за рубежом и в России специалисты уделяют внимание

системам передачи данных по имеющимся в каждом доме электриче-

ским сетям. Эта технология, получившая название PLC (англ. «Power

275

Line Communications» – связь по сетям электроснабжения), экономична,

позволяет быстро создавать и разворачивать сети, особенно в регионах,

где затруднительно или нецелесообразно прокладывать специальные ка-

бели связи, а электричество имеется. В Мосэнерго подобная система

разрабатывается с 2001 года.

Беспроводные сети

Кроме кабельных существуют и беспроводные сети передачи дан-

ных. Их обычно используют тогда, когда отсутствуют кабельные сети,

их прокладка затруднена или невозможна (нецелесообразна). С точки

зрения области применения в общем случае они делятся на сети внутри

и вне зданий. Технология таких сетей разрабатывалась в оборонных от-

раслях как средство помехоустойчивой кодированной передачи инфор-

мации сигнала малой мощности (шумоподобного сигнала). Затем она

стала применяться более широко. На Западе беспроводные сети чаще

используются внутри зданий для объединения в сеть мобильных пользо-

вателей в больницах, библиотеках, промышленных предприятиях и

складских организациях, на биржах и т.п.

С точки зрения установления соединения беспроводные сети ха-

рактеризуются двумя вариантами. Первый подразумевает установление

прямого соединения на всё время сеанса связи, независимо от реальной

загрузки канала (аналогично коммутации каналов в кабельных сетях).

Во втором соединение устанавливается только на время реальной пере-

дачи (аналогично системам с коммутацией пакетов). При этом ёмкость

каналов используется значительно более эффективно.

По способу частотной модуляции беспроводные сети делятся на

узкополосные и широкополосные. Широкополосные технологии ис-

пользуют более широкий диапазон частот, обладают большей помехо-

устойчивостью к шумам и более экономно используют спектр частот.

Три фактора влияют на распространение радиосетей: 1) мобиль-

ность, 2) удалённость, 3) срочность. Первый из них решает проблему

подключения подвижных абонентов к сети. Второй фактор связан с тем,

что в ряде случаев невозможно или экономически нецелесообразно соз-

давать кабельные сети. Третий – характеризует потребность абонента

начинать получать необходимые данные в кратчайшие сроки.

Для использования радио-сетей на ограниченной территории в ре-

жиме ЛВС был разработан стандарт «RadioEthernet». При этом расстоя-

ние между ближайшими РС незначительно, так как используются всена-

правленные антенны. Связь обеспечивается асинхронной передачей сиг-

налов в инфракрасном спектре (от 900 МГц до 2,4 ГГц), а также с помо-

щью широкополосного сигнала по методам прямой последовательности

(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) или частотных скачков (Fre-

quency Hopping Spread Spectrum, FHSS). Метод FHSS предполагает, что

в каждый момент времени любой передатчик использует только один

276

канал, а через промежуток времени менее 20 мс – «перескакивает» на

другой. Эти скачки происходят синхронно у передатчика и приёмника,

образующих канал связи. Скорость обмена данными – до 4 Мбит/с.

Другим принципом обеспечения беспроводных соединений ЭВМ

является топология «точка-точка» (англ. «point-to-point»), используемая

обычно для организации беспроводных мостов между кабельными сег-

ментами ЛВС, а также топология «звезда», применяемая при организа-

ции корпоративной сети для связи основной организации с филиалами.

В этом случае, использование узконаправленных антенн прямой види-

мости позволяет обеспечить дальность связи, равную нескольким десят-

кам км.

Беспроводные сети типа Token Ring характеризуются более высо-

кими скоростями обмена информацией. При этом такая сеть работает

более устойчиво, чем сети типа Ethernet, но стоимость оборудования

первой выше, чем второй.

Продолжая рассматривать типизацию сетей, отметим, что по об-

ласти использования (распространения) выделяют локальные, регио-

нальные (территориальные) и глобальные сети.

Локальные сети

С целью организовать и оптимизировать работу организаций, по-

высить их эффективность первоначально обычно в них создают ло-

кальные сети (ЛС). Такие системы стали обобщенно называть – ло-

кальные вычислительные сети (ЛВС, англ. «Local Area Network»,

LAN).

Развитие ЛВС связано с необходимостью передавать данные с вы-

сокой скоростью в пределах небольшой территории (одного здания или

группы близко стоящих зданий) при значительно меньших затратах, по

сравнению с применением для передачи данных сетей общего пользова-

ния. Первоначально использовался принцип разделения времени, пре-

доставляемого центральной машиной (ЦМ) терминалам, на небольшие

равные промежутки, что создавало иллюзию одновременного использо-

вания машины многими пользователями и позволяло подключать к цен-

тральному компьютеру некоторое количество ПК. При этом в каждый

конкретный минимальный временной интервал к ЦМ подключался

только один терминал, затем другой и так далее. Таким образом осуще-

ствлялся постоянный циклический опрос каждого терминала с целью

передачи ему от ЦМ или принятия от него информации.

При организации локальной сети разработчики обычно сталкива-

ются с выбором передающей среды; конфигурации сети (топологии) и

протоколов, управляющих её работой; инструментальных средств.

Разработка ЛВС связана с созданием и использованием:

• архитектуры – одноранговая, файл-серверная, клиент-серверная);

277

• топологии (конфигурации сети) – общая шина, кольцо, звезда,

древовидная (иерархическая), гибридная;

• стандартов и протоколов обмена в сетях – IP, TCP, IPX и др.;

• стандартов и видов кабельной системы и физической топологии

сети – Arcnet, Ethernet, Tokenring и др.;

• сетевых операционных систем и программных платформ –

UNIX, Windows NT и др.;

• маршрутизаторов, концентраторов, повторителей (репитеров) и

другого сетевого оборудования.

В качестве кабелей связи в ЛВС используются коаксиальный ка-

бель, «витая пара» и оптоволоконные линии связи (ВОЛС).

В ЛВС расстояние между ПК ограничено протяжённостью линий

связи до 1–2,5 км, скорость передачи информации составляет более од-

ного Мбит/с. Такая сеть состоит из трёх основных компонент: одной или

нескольких центральных (главных) машин (серверов), рабочих станций

и коммуникаций.

ЛВС легко адаптируются к изменённым условиям эксплуатации и

модернизируются. Они обладают гибкой архитектурой, что позволяет

легко изменять места дислокации соответствующих РС. Хотя нет чёткой

классификации ЛВС, обычно выделяют следующие признаки: назначе-

ние, топология, типы используемых ЭВМ, организация управления, пе-

редачи информации, методы теледоступа и доступа, физические носите-

ли информации и др.

Для построения стандартных ЛВС обычно не требуются специ-

альные проектные решения, они могут создаваться по типовым проек-

там и программным продуктам, положительно зарекомендовавшим себя

на практике. В качестве программных продуктов используется сетевое

ПО, основным назначением которого является обеспечение эффективно-

го обмена информацией между компьютерами сети, устойчивости рабо-

ты данной сети и сбора необходимых статистических данных, разграни-

чение доступа пользователей к различным ИР, координации всех обра-

щений к определенным файлам (программам и различным пользова-

тельским материалам), обеспечение одновременного доступа многих

пользователей к одной и той же информации.

В ЛВС чаще всего используется технология и архитектура

Ethernet, характеризующая метод доступа, обеспечивающая высокую

надёжность и скорость передачи данных, а также позволяющая строить

достаточно большие внутренние сети (до 1000 РС) с максимальным рас-

стоянием между двумя РС до 2500 м. Метод Ethernet разработан в 1975

году, он допускает объединение нескольких кабельных ЛВС в единую

распределённую вычислительную сеть. При этом обычно используют

топологию общей шины.

Модификацией данного метода является FastEthernet, появив-

шийся в 1992 г. Он включает в себя стандарт 100BaseT, допускающий

278

передачу данных со скоростью до 100 Мбит/с. Таким образом,

FastEthernet позволяет увеличить скорость работы сети в десять раз, об-

ладает бóльшей гибкостью, способствующей увеличению пропускной

способности сети, но максимальное расстояние между двумя станциями

не превышает 250 м.

Территориальные сети – (Wide Area Network, WAN) сети, охва-

тывающие различные географические пространства. Обычно их делят по

территориальному признаку на региональные и глобальные сети.

Региональные сети или региональные вычислительные сети

(РВС), как правило, охватывают административную территорию города,

области и т.п., а также производственные и иные объединения, располо-

женные в нескольких районах города, нескольких городах и т.п. Поэто-

му их иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network).

Построение таких сетей базируется на объединении ЛВС в цен-

трализованную, проводную или смешанную, распределённую информа-

ционную сеть. Основные принципы их построения соответствуют при-

нятым для ЛВС и используемым для организации функционирования

разнородных ЛВС в единой корпоративной сети.

К региональным относятся корпоративные сети (сети масштаба

предприятия), связывающие между собой ЛВС, охватывающие террито-

рию, как правило, представляющую одно или несколько близко распо-

ложенных зданий, входящих в состав этой корпорации (предприятия).

В создаваемой корпоративной информационной системе обычно

используют «клиент/серверные» сетевые технологии. Клиенты (пользо-

ватели ПК) взаимодействуют через локальные и глобальные сети с раз-

личными программными приложениями, работающими на серверах.

Корпоративные данные могут храниться в корпоративной или глобаль-

ной сети, а также на нескольких серверах ЛВС, входящих в состав кор-

поративной сети.

Глобальные сети, глобальные вычислительные сети (ГВС) или

глобальные информационные сети (ГИС) связывают организации и

пользователей, находящихся в различных странах на любых континен-

тах планеты. К ним относится Интернет.

Интернет – глобальная информационная сеть, состоящая из

большого количества сетей различного назначения, выполняющих раз-

ные задачи. Таким образом, Интернет образует интегрированную ин-

формационную сеть (интерсеть) – совокупность расположенных в раз-

личных странах взаимосвязанных информационных сетей, называемых

подсетями.

Интернет децентрализованная интерсеть. Принцип их построения

заключается в организации магистралей (высокоскоростных телефон-

ных, радио, спутниковых и других линий связи) между центральными

узловыми станциями, обычно называемыми серверами провайдеров.

Существуют также опорные сети, создаваемые различными организа-

циями, как правило, для удовлетворения собственных потребностей.

279

Они бывают международные, государственные, региональные и отрас-

левые. Некоторые опорные сети для выхода в Интернет выделяют спе-

циально оборудованные сетевые узлы с серверами, называемыми хос-

тами (англ. «host» – хозяин), и становятся провайдерами Интернета.

Все основные принципы, используемые в локальных и региональ-

ных сетях, в той или иной степени применяются в глобальных сетях.

Доступ к информации в Интернете можно получить с помощью различ-

ных устройств: компьютера (в том числе карманного – КПК), мобильно-

го телефона, электронной записной книжки и т.п. Функционирование

Интернета, состоящего из множества разнородных систем, стало воз-

можным благодаря созданию специальных стандартов, обеспечивающих

использование единых для этих систем принципов, процессов и прото-

колов при работе их в транспортной магистрали Интернета и собствен-

ных протоколов – в локальных, региональных, опорных и т.п. сетях.

Сетевые протоколы

Передача и приём сообщений в любых компьютерных сетях осу-

ществляется с помощью специальных протоколов обмена данными,

представляющих набор семантических и синтаксических правил, опре-

деляющих поведение функциональных блоков в сети.

Протоколом сети называется стандарт на взаимодействие одно-

именных уровней и процессов взаимодействия между собой; документ,

определяющий правила и процедуру совместного взаимодействия сис-

тем и ЭВМ. На низком уровне обмен данными между ПК производится

методом передачи пакетов сообщений. Протоколы среднего уровня Net-

BIOS, IPX/SPX, TCP/IP обычно выполняют функции транспортного

средства, позволяя компьютерам сети обмениваться данными друг с

другом. Протоколы высокого уровня обеспечивают перенаправление

файлов и обслуживание файл-серверов методом передачи пакетов сооб-

щений с использованием протоколов среднего уровня.

В Интернет данные пересылаются в пакетах с помощью протокола

IP.

IP-протокол (Internet Protocol) является межсетевым протоколом,

обеспечивающим доставку сетевых пакетов с информацией, и межма-

шинные коммуникации с использованием маршрутной IP-адресации, т.е.

обмен датаграммами между узлами сети. Он управляет адресацией паке-

тов, направляя их по разным маршрутам между узлами сети, и позволяет

объединять различные сети.

Пакетом называется фрагмент данных, к которому присоединен

заголовок с указанием служебной информации о том, куда, на какой ПК

этот пакет данных должен быть передан. Правила работы с пакетами

данных называются протоколом TCP.

TCP-протокол (Transmission Control Protocol) служит для органи-

зации надёжной полнодуплексной связи между конечными пунктами

(узлами) обмена информацией в Интернете. Он преобразует сообщения

280

в поток пакетов на передающей стороне и собирает полученные пакеты

в сообщения на приёмной стороне. Протокол TCP основан на протоколе

IP, поэтому их обычно обозначают вместе – TCP/IP. Эти межсетевые

протоколы управляют передачей данных в сети.

Для приёма и отправки сообщений в Интернете используются спе-

циальные протоколы POP3 и SMTP. Протокол POP3 (Post Office

Protocol, версия 3) позволяет компьютеру пользователя загружать по-

ступающую почту через телефонную сеть, а протокол SMTP (Simple

Mail Transport Protocol) используется для отправки почты с ПК пользо-

вателя. Протокол POP3 предусматривает обращение почтового клиента

(пользователя сети) к почтовому серверу с предложением забрать при-

шедшие письма, сообщение серверу имени ящика и пароля, загрузку со-

общений в почтовый клиент и удаление их из ящика. С помощью SMTP

происходит накопление отправляемых писем и обеспечение их получе-

ния адресатом.

Для предоставления пользователям возможности выборочно за-

гружать и удалять сообщения из почтового ящика разработан протокол

IMAP, поддерживаемый почти всеми современными серверами. Со-

гласно этому протоколу у пользователей есть возможность просмотреть

информацию о загруженных сообщениях, узнать их размеры, отправите-

лей и темы, загружать письма по отдельности или удалять ненужные, не

затрагивая остальных.

HTTP – гипертекстовый транспортный протокол для связи веб-

серверов и веб-клиентов. Предназначен для построения распределённых

информационных сетей коллективного пользования, поддерживающих

различные типы данных (текст, изображение, аудио- и видеоинформа-

ция) и загрузки веб-страниц (файлов). Работает на базе TCP/IP.

FTP – протокол файлового обмена, используется для пересылки

файлов с одного ПК на другой, например, для получения клиентов фай-

лов с FTP-сервера.

Telnet – протокол эмуляции терминала; служит для управления в

сети (в т.ч. Интернете) одним ПК с другого. При этом можно не только

просматривать файлы другого ПК, но и использовать его программы

(теледоступ). Первый может быть клиентом, имеющим доступ ко второ-

му – серверу.

SNMP – протокол используется для управления функционирова-

нием служебных компонентов сетей.

Существуют и другие протоколы. Так, в Интернете используется

стандарт OSI (Open Systems Interconnection), обеспечивающий взаимо-

связь открытых систем для европейских информационных сетей.

Возможность использования общих для локальных и глобальных

сетей протоколов стала одной из причин, способствовавших созданию

систем, позволяющих организовывать защищённое от несанкциониро-

ванных пользователей и проникновений взаимодействие ЛВС с Интер-

нетом. При этом учитывалась необходимость предоставления санкцио-