Теоретические основы организации сети интернет

Свойства сети Интернет

Современные сети построены по многоуровневому принципу. Чтобы организовать связь двух компьютеров, требуется сначала создать свод правил их взаимодействия, определить язык их общения, т.е. определить, что означают посылаемые ими сигналы и т.д. Эти правила и определения называются протоколом. Для работы сетей необходимо запастись множеством различных протоколов: например, управляющих физической связью, установлением связи по сети, доступом к различным ресурсам и т.д. Многоуровневая структура спроектирована с целью упростить и упорядочить это великое множество протоколов и отношений. Взаимодействие уровней в этой модели - субординарное. Каждый уровень может реально взаимодействовать только с соседними уровнями (верхним и нижним), виртуально - только с аналогичным уровнем на другом конце линии.

Под реальным взаимодействием мы подразумеваем непосредственное взаимодействие, непосредственную передачу информации, например, пересылку данных в оперативной памяти из области, отведенной одной программе, в область другой программы. При непосредственной передаче данные остаются неизменными все время. Под виртуальным взаимодействием мы понимаем опосредованное взаимодействие и передачу данных; здесь данные в процессе передачи могут уже определенным, заранее оговоренным образом видоизменяться.

Такое взаимодействие аналогично схеме цепи посылки письма одним директором фирмы другому. Например, директор некоторой фирмы пишет письмо редактору газеты. Директор пишет письмо на своем фирменном бланке и отдает этот листок секретарю. Секретарь запечатывает листок в конверт, надписывает конверт, наклеивает марку и передает почте. Почта доставляет письмо в соответствующее почтовое отделение. Это почтовое отделение связи непосредственно доставляет письмо получателю - секретарю редактора газеты. Секретарь распечатывает конверт и, по мере надобности, подает редактору. Ни одно из звеньев цепи не может быть пропущено, иначе цепь разорвется: если отсутствует, например, секретарь, то листок с письменами директора так и будет пылиться на столе у секретаря.

Здесь мы видим, как информация (лист бумаги с текстом) передается с верхнего уровня вниз, проходя множество необходимых ступеней - стадий обработки. Обрастает служебной информацией (пакет, адрес на конверте, почтовый индекс; контейнер с корреспонденцией; почтовый вагон, станция назначения почтового вагона и т.д.), изменяется на каждой стадии обработки и постепенно доходит до самого нижнего уровня - уровня почтового транспорта (гужевого, автомобильного, железнодорожного, воздушного и т.д.), которым реально перевозится в пункт назначения. В пункте назначения происходит обратный процесс: вскрывается контейнер и извлекается корреспонденция, считывается адрес на конверте и почтальон несет его адресату (секретарю), который восстанавливает информацию в первоначальном виде, - достает письмо из конверта, прочитывает его и определяет его срочность, важность, и в зависимости от этого передает информацию выше. Директор и редактор, таким образом, виртуально имеют прямую связь. Ведь редактор газеты получает в точности ту же информацию, которую отправил директор, а именно - лист бумаги с текстом письма. Начальствующие персоны совершенно не заботятся о проблемах пересылки этой информации. Секретари также имеют виртуально прямую связь: секретарь редактора получит в точности то же, что отправил секретарь директора, а именно - конверт с письмом. Секретарей совершенно не волнуют проблемы почты, пересылающей письма. И так далее.

Аналогичные связи и процессы имеют место и в эталонной модели ISO OSI. Физическая связь реально имеет место только на самом нижнем уровне (аналог почтовых поездов, самолетов, автомобилей). Горизонтальные связи между всеми остальными уровнями являются виртуальными, реально они осуществляются передачей информации сначала вниз, последовательно до самого нижнего уровня, где происходит реальная передача, а потом, на другом конце, обратная передача вверх последовательно до соответствующего уровня.

Модель ISO OSI предписывает очень сильную стандартизацию вертикальных межуровневых взаимодействий. Такая стандартизация гарантирует совместимость продуктов, работающих по стандарту какого-либо уровня, с продуктами, работающими по стандартам соседних уровней, даже в том случае, если они выпущены разными производителями. Количество уровней может показаться избыточным, однако же, такое разбиение необходимо для достаточно четкого разделения требуемых функций во избежание излишней сложности и создания структуры, которая может подстраиваться под нужды конкретного пользователя, оставаясь в рамках стандарта.

1.2 Принципы организации сети Интернет

Трудно определить, где конкретно расположена Internet. Аппаратное обеспечение, поддерживающее Internet, состоит из компьютеров в сетях и кабелей между ними. Поэтому Internet - это компьютеры в сети и все телефонные кабели, как и все части спутников, использующие для работы телефонную сеть. Однако самая важная и интересная часть Internet - это люди, которые используют ее, а вовсе не ее аппаратное обеспечение. Сегодня большинство людей общаются с Internet через свои персональные компьютеры или терминалы, расположенные у них дома или на рабочих местах. Когда вы используете свой персональный компьютер для подсоединения к большому компьютеру в Internet, вы и ваш компьютер также становитесь частью Internet. Даже когда вас нет возле компьютера, люди могут обратиться к вам, послав электронное письмо, которое будет ожидать, когда вы подсоединитесь к Internet. Если вы считаете, что люди - самый важный ресурс Internet, то определить, где располагается Internet, будет легко: по всему миру! Вы можете найти людей, соединяющихся с Internet, практически в любой стране мира. Конечно, некоторые страны, такие как Соединенные Штаты Америки, имеют больше соединений, чем другие страны, но в Internet можно найти людей отовсюду [18, с.15].

Большинство людей, размышляя о компьютерных сетях, прежде всего, представляют себе множество разнообразной и загадочной аппаратуры для их поддержки. Однако в работе Internet программное обеспечение вызывает больше интереса, чем аппаратура. Хотя, конечно, самый большой интерес вызывают люди и то, что они делают со всеми этими программами и "железяками". Но поскольку большинству людей обычно легче разбирать принципы функционирования аппаратного обеспечения, чем копаться в ключах и возможностях программ, то рассмотрим аппаратуру.

Поскольку Internet является сетью сетей и каждая сеть состоит из компьютеров и соединений между ними, аппаратное обеспечение Internet выглядит точно так же, как и аппаратное обеспечение других компьютерных сетей (может быть, лишь немного привлекательнее). Вы не сможете найти различий между Internet и любой солидной корпоративной сетью, если будете смотреть только на аппаратное обеспечение.

Как уже говорилось ранее, когда вы регистрируетесь в одной из этих сетей, вы и ваш персональный компьютер являетесь частью Internet. Таким образом, аппаратное обеспечение Internet включает в себя все домашние и коммерческие ПК, которые принадлежат пользователям Internet. Телефонные линии, которые вы используете, также являются частью Internet, так как вы применяете их для подсоединения к вашему распространителю услуг Internet.

Компьютеры, которые напрямую подключены к Internet, обычно больше и мощнее стандартных ПК, но не всегда. Фактически почти любой компьютер (от громадного мейнфрейма до стандартного настольного ПК) может выполнять программное обеспечение, необходимое для прямого подключения к Internet.

Некоторые компьютеры в Internet соединены с помощью стандартных телефонных линий, но многие соединены специальными выделенными линиями для передачи данных - линиями, которые разработаны и используются исключительно компьютерными сетями. Выделенные линии обычно надежнее стандартных телефонных линий и передают данные намного быстрее.

Сегодня большинство выделенных линий создано на той же основе, что и телефонные линии: на медном проводе. Однако выделенные линии проходят через коммутаторы, которые коренным образом отличаются от коммутаторов на телефонных линиях, и, в частности, это происходит потому, что соединения между двумя концами связи здесь могут быть различными. Иногда выделенные линии используют волоконно-оптические кабели, которые позволяют передать намного больше данных, чем их стандартные медные коллеги.

Сетевые устройства и средства коммуникаций

В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели:

стоимость монтажа и обслуживания;

скорость передачи информации;

ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей/репитеров);

безопасность передачи данных.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

Витая пара

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое "витой парой". Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и беспроблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащитен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.

Широкополосный коаксиальный кабель

Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).

Еthernet-кабель

Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet или желтый кабель. Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.

Сheapernеt-кабель

Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель, или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в десять миллионов бит/с. При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (T-connectors).

Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате и как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала.

Оптоволоконные линии

Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противоподслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в JIBC с помощью звездообразного соединения.

Таблица 1.1 - Показатели трех типовых сред для передачи