Локальные и глобальные сети

Введение 

Компьютерная сеть –  это совокупность компьютеров и  различных устройств, обеспечивающих информационный обмен между компьютерами в сети без использования каких-либо промежуточных носителей информации.

Создание компьютерных сетей вызвано  практической потребностью пользователей удаленных друг от друга компьютеров в одной и той же информации. Сети предоставляют пользователям возможность не только быстрого обмена информацией, но и совместной работы на принтерах и других периферийных устройствах, и даже одновременной обработки документов.

Все многообразие компьютерных сетей  можно классифицировать по группе признаков:

• Территориальная распространенность;
• Ведомственная принадлежность;
• Скорость передачи информации;
• Тип среды передачи;

По территориальной  распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными. 

По принадлежности различают ведомственные  и государственные сети. Ведомственные  принадлежат одной организации  и располагаются на ее территории.

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.

По типу среды передачи разделяются  на сети коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.

Глава 1. Локальные и глобальные сети

1.1. Основные понятия

При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. В общем случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и специальное программное обеспечение (сетевые программные средства). Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данными называется прямым соединением.

Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем — Model of Open System Interconnections). (создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).

Согласно модели ISO/OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней — до семи). Самый верхний уровень — прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Caмый нижний уровень — физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.

Для обеспечения необходимой  совместимости на каждом из семи возможных  уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.

Так, например, если два  компьютера соединены между собой  прямым соединением, то на низшем (физическом) уровне протокол их взаимодействия определяют конкретные устройства физического  порта (параллельного или последовательного) и механические компоненты (разъемы, кабель и т.п.). На более высоком уровне взаимодействие между компьютерами определяют программные средства, управляющие передачей данных через порты. Для стандартных портов они находятся в базовой системе ввода/вывода (BIOS). На самом высоком уровне протокол взаимодействия обеспечивает операционная система.

В соответствии с используемыми  протоколами компьютерные сети принято  разделять на локальные (LAN — Local Area Network) и глобальные (WAN — Wide Area Network). Компьютеры локальной сети преимущественно используют единый комплект протоколов для всех участников. По территориальному признаку локальные сети отличаются компактностью. Они могут объединять компьютеры одного помещения, этажа, здания, группы компактно расположенных сооружений. Глобальные сети имеют, как правило, увеличенные географические размеры. Они могут объединять как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети, в том числе и использующие различные протоколы.

Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:

• обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;
• обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.

Так, например, все участники  локальной сети могут совместно  использовать одно общее устройство печати (сетевой принтер) или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера (файлового сервера). Это же относится и к программному, и к информационному обеспечению. Если в сети имеется специальный компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети он называется файловым сервером. Компьютерные сети, в которых нет выделенного сервера, а все локальные компьютеры могут общаться друг с другом на «равных правах» (обычно это небольшие сети), называются одноранговыми.

Группы сотрудников, работающих над одним проектом в рамках локальной  сети называются рабочими группами. В рамках одной локальной сети могут работа несколько рабочих групп. У участников рабочих групп могут быть разные права для доступа к общим ресурсам сети. Совокупность приемов разделения и ограничения прав участников компьютерной сети называется политикой сети. Управление сетевыми политиками (их может быть несколько в одной сети) называет администрированием сети. Лицо, управляющее организацией работы участников локальной компьютерной сети, называется системным администратором.

Создание локальных  сетей характерно для отдельных  предприятий или отдельных подразделений  предприятий. Если предприятие (или  отрасль) занимает обширную территорию, то отдельные локальные сети могут объединяться в глобальные сети. В этом случае локальные сети связывают между собой с помощью любых традиционных каналов связи (кабельных, спутниковых, радиорелейных и т. п.). При соблюдении специальных условий для этой цели могут бы использованы даже телефонные каналы, хотя они в наименьшей степени удовлетворяют требованиям цифровой связи.

Для связи между собой  нескольких локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные  средства, называемые шлюзами. Шлюзы могут бы: как аппаратными, так и программными. Например, это может быть специальный компьютер (шлюзовый сервер), а может быть и компьютерная программа. В последнем случае компьютер может выполнять не только функцию шлюза, но и какие-то иные функции, типичные для рабочих станций.

При подключении локальной  сети предприятия к глобальной сети важную роль играет понятие сетевой безопасности. В частности, должен быть ограничен доступ в локальную сеть для посторонних лиц извне, а также ограничен выход за пределы локальной сети для сотрудников предприятия, не имеющих соответствующих прав. Для обеспечения сетевой безопасности между локальной и глобальной сетью устанавливают так называемые брандмауэры. Брандмауэром может быть специальный компьютер или компьютерная программа, препятствующая несанкционированному перемещению данных между сетями.

1.2. Эволюция сетей

Первоначально сети представляли собой нестандартизованные средства взаимодействия автономных компьютеров  в нескольких же нестандартизованных  вычислительных системах (в настоящее время их называют терминальными сетями. В таких средах прикладное программное обеспечение работало только под управлением единственной операционной системы. Эта операционная система, в свою очередь, могла надежно функционировать только на аппаратных платформах одного и того же производителя.

В период царствования таких  цельных систем отдельных изготовителей  произошло два события, изменивших ход развития компьютерных технологий. Во-первых, начали появляться первые примитивные  предшественники современных персональных компьютеров (с начала 70-х гг.). Новизна этих устройств заключалась в том, что вся их вычислительная мощность сосредотачивалась непосредственно на рабочем столе. Во-вторых, ученые в исследовательском центре компании Xerox приступили к поискам средств повышения производительности отдельных коллективов. В частности, они начали новый способ совместного использования файлов и данных: рабочими станциями. Как стало известно впоследствии, основной причиной принципиально нового технологического решения оказалась обычная человеческая лень - ученым просто надоело бегать между компьютерами с дискетами.

В результате появилась  на свет первая локальная сеть (Local Area Network - LAN), которая получила название "ethernet". Это была примитивная сеть, но рыночный потенциал этой технологии был очевиден и первоначальная версия ethernet, известная сейчас как Ethernet I, была вытеснена улучшенной Ethernet II. Эта версия разработана компаниями Xerox, Digital и Intel, которые совместными усилиями установили "стандарты" для Ethernet II и разработали соответствующие технологии.

Интеллектуальные пользовательские устройства в сочетании с локальными сетями породили новую парадигму  — открытые распределенные вычислительные системы.

Интересна история появления первой распределенной сети, впоследствии превратившейся в сеть Internet. В разгар "холодной войны", в конце 60-х гг. по заказу министерства обороны США началась разработка сети, которая должна была связать между собой компьютеры военного ведомства, и в первую очередь компьютеры исследовательских центров, для ускорения научных исследований в интересах обороны. В январе 1969 г. была запущена система, связавшая между собой четыре компьютера в разных концах США (испытания длились 10 мин.). А через год новая информационная сеть, названная APRANet, уже приступила к работе. С каждым годом APRANet росла и развивалась. В сеть включались все новые и новые участники: право доступа в сеть начали требовать сначала все крупные лаборатории, потом - более мелкие, затем -учебные заведения... В 1973 году впервые через сеть оказались соединены компьютеры разных стран: сеть стала международной. В итоге, когда в сеть оказались соединены тысячи компьютеров, стало ясно: необходимо полностью переработать механизм доступа в APRANet. Такой механизм, названный "протоколом TCP/IP" (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), был введен в 1983 году.

Рождение протокола  ТСР/IР, позволяющего пользователям  с легкостью подключаться к сети при помощи обыкновенной телефонной линии, совпало с другим событием - разделением APRANet. Военные выделили часть компьютеров в новую сеть, получившую название MILNet, а остальное пространство Сети оставили на усмотрение жаждущей коммуникаций общественности. Так родился Internet.

14 апреля 1998 года история Internet вышла на второй виток: в США состоялся торжественный "запуск" новой сети, получившей название "Internet -2". Создателями новой сети стали крупнейшие учебные заведения, научные и исследовательские учреждения, крупные корпорации США. Скорость передачи информации в Internet-2 просто потрясает воображение, - она превышает более чем в 1000 раз возможности самых быстрых каналов сегодняшней сети. Понятно, что с приходом Internet-2 такие понятия, как "компьютерное телевидение", передача "живого видео" в реальном времени и даже "Internet-кинематограф" переходит из области фантастики в разряд бытовых, привычных явлений.

Глава 2. Модель передачи данных

Рассмотрим простой  пример взаимодействия двух корреспондентов  с помощью обычной почты. Если они регулярно отправляют друг другу письма и, соответственно, получают их, то они могут полагать, что между ними существует соединение на пользовательском (прикладном уровне). Однако это не совсем так. Такое соединение можно назвать виртуальным. Оно было бы физическим, если бы каждый из корреспондентов лично относил другому письмо и вручал в собственные руки. В реальной жизни он бросает его в почтовый ящик и ждет ответа.

Сбором писем из общественных почтовых ящиков и доставкой корреспонденции  в личные почтовые ящики занимаются местные почтовые службы. Это другой уровень модели связи, лежащий ниже. Для того чтобы наше письмо достигло адресата в другом городе, должна существовать связь между нашей местной почтовой службой и его местной почтовой службой. Это еще один пример виртуальной связи, поскольку никакой физической связью эти службы не обладают — поступившую почтовую корреспонденцию они только сортируют и передают на уровень федеральной почтовой службы.

Федеральная почтовая служба в своей работе опирается на службы очередного уровня, например на почтово-багажную службу железнодорожного ведомства. И только рассмотрев работу этой службы, мы найдем, наконец, признаки физического соединения, например железнодорожный путь, связывающий два города.

Это очень простой пример, поскольку в реальности даже доставка обычного письма может затронуть гораздо большее количество служб. Но нам важно обратить внимание на то, что в нашем примере образовалось несколько виртуальных соединений между аналогичными службами, находящимися в пунктах отправки и приема. Не вступая в прямой контакт, эти службы взаимодействуют между собой. На каком-то уровне письма укладываются в мешки, мешки пломбируют, к ним прикладывают сопроводительные документы, которые где-то в другом городе изучаются и проверяются на аналогичном уровне.