10.1 Характеристики компьютерных сетей
Сеть ЭВМ - комплекс территориально рассредоточенных ЭВМ и терминальных устройств, связанных между собой каналами передачи данных. Сеть можно рассматривать как систему с распределенными по территории аппаратными, программными и информационными ресурсами. Объединение в сеть способствует также повышению надежности функционирования вычислительных средств за счет резервирования технических и программных ресурсов. Сеть позволяет оперативно перераспределять нагрузку между ЭВМ сети и снижать пиковую нагрузку на вычислительные средства. Вычислительные сети создают системы распределенных по обширной территории систем информационного обслуживания (например, резервирование билетов на транспорте).
Компьютерные сети создаются для того, чтобы дать возможность территориально разобщенным пользователям обмениваться информацией между собой, использовать одинаковые программы, общие информационные и аппаратные ресурсы.
По функциональному назначению компьютерные сети можно разделить на:
- информационные (сети научно-технической информации, здравоохранения, резервирования билетов на транспорте и т.д.);
- вычислительные (решение задач с обменом данными и программами между ЭВМ);
- информационно-вычислительные. По размещению информации в сети:
- с централизованным банком данных, к которому имеют доступ многочисленные удаленные абоненты через свои терминалы (абонентские пункты);
- с распределенным банком данных, отдельные информационные базы которого создаются на территориально разнесенных предприятиях.
По территориальной распределенности:
- глобальные сети, охватывающие всю территорию страны, или нескольких стран;
- региональные сети - охватывающие некоторые территориальные регионы (город, область);
- локальные сети - с максимальным расстоянием между узлами сети не более нескольких километров.
По типу ЭВМ, объединенных в сеть:
- однородные сети, содержащие программно-совместимые ЭВМ;
- неоднородные, если ЭВМ в сети программно не совместимы.
Основу вычислительной сети составляют главные ЭВМ (серверы) или вычислительные центры (ВЦ). По числу серверов сети делятся на:
- сети с одним сервером;
- сети с несколькими серверами.

10.2 Структуры соединений ЭВМ. Передачаданных
Сети характеризуются своей структурой соединений (топологией). Топология определяет геометрическое расположение связей между ЭВМ в сети. Она оказывает значительное влияние на пропускную способность сети, ее устойчивость к отказам. Известны следующие структуры соединений: шинная, кольцевая, радиальная, иерархическая и многосвязная. Существуют также структуры, образованные путем комбинации перечисленных структур.
Одинарная многоточечная линия (общая шина) (рис. 10.1) характеризуется общедоступной линией связи. Для нее характерны простота подключения новых ЭВМ, легкость управления, высокая гибкость и возможность простого расширения сети. Одновременно по общей шине могут общаться только две ЭВМ, что является недостатком такой топологии.

В кольцевой структуре сети (рис. 10.2) ЭВМ последовательно соединены друг с другом однонаправленной замкнутой линией связи. Информация, передаваемая в одном направлении по кольцу, регенерируется в каждой ЭВМ (данные передаются как бы по эстафете). Такая структура требует более сложного управления, а включение новой ЭВМ приводит к временному разрыву кольца и прекращению работы в сети.
Радиальная (звездная) структура (рис. 10.3) предполагает наличие центрального компьютера (сервера), с которым связываются остальные ЭВМ (рабочие станции, клиенты). Сервер управляет сетью, определяет маршрут передачи сообщений. По основным характеристикам звездная структура уступает шинной структуре. В частности, ее применение требует повышенных затрат на прокладку линий связи.

Иерархическая (древовидная) структура (рис. 10.4) выглядит в виде дерева, которое растет сверху вниз. Дерево образуется путем соединения нескольких шин с корневой ЭВМ -сервером - через узлы коммутации (УК). Дерево обладает необходимой гибкостью для связи между ЭВМ, находящимися на различных уровнях иерархии.
Отказ одного компьютера приводит к отказу лишь одной ветви, поэтому эта структура более надежна, чем кольцевая.
В полносвязной сети все ЭВМ связаны отдельными линиями связи друг с другом (рис. 10.5). Это наиболее сложная и дорогая структура сети, но она обеспечивает исключительно высокую надежность и скорость передачи данных. Эта топология в сетях применяется редко.
На практике чаще встречаются гибридные сети ЭВМ, приспособленные к конкретным требованиям и сочетающие фрагменты шинной радиальной и других топологий.


Каналы связи. Сети ЭВМ начали создаваться, когда линии связи использовались в технике и быту очень широко. Развитие сетей ЭВМ пошло по линии «вписывания» системы передачи данных между ЭВМ в уже существующие стандарты телеграфной, телефонной и радиосвязи. Для локальных сетей обычно используются выделенные и коммутируемые каналы телефонной сети.
Телефонные и телеграфные каналы связи обладают низкой пропускной способностью и не согласованы с аппаратной частью ЭВМ. Скорость передачи каналов связи оценивается в бодах (1 бод = 1 бит/с). Телеграф имеет пропускную способность 150 бод, телефон - 3000 бод.
По телефонным каналам информация (речь) передается в аналоговой форме, а в вычислительных системах - в дискретной форме, поэтому требуется специальное устройство сопряжения -МОДЕМ (МОдулятор-ДЕМодулятор).Модем представляет собой устройство в составе аппаратуры передачи данных, которое преобразует потоки битов в непрерывные сигналы, пригодные для передачи данных по каналу связи (телефонному, телеграфному, радио, спутниковому, оптическому и т.д.). На приемном конце модем делает обратное преобразование.
Передача данных по аналоговым каналам осуществляется путем модуляции колебаний несущей частоты: амплитудной, частотной, фазовой на передающей стороне и демодуляции (детектирования) на приемном конце. При этом асинхронная передача каждого символа (буквы или цифры) осуществляется с помощью десяти битов (8 бит требуется для передачи символа и два бита служебных - стартовый и конечный). На рисунке 10.6 покачано использование модема для передачи данных между ЭВМ по телефонному каналу.
Скорость работы современных модемов различна. Разработаны промышленные модели, работающие со скоростями 14400 бит/с, 16800 бит/с, 28800 бит/с, 33600 бит/с и 56000 бит/с.
Значительно большую пропускную способность имеют специальные радиоканалы, каналы спутниковой связи и оптические линии связи. Радиорелейная линия Томск - Анжеро-Судженск имеет пропускную способность 150 Мбод. Еще большей пропускной способностью обладает оптический канал, проложенный вдоль транссибирской магистрали от Москвы до Дальнего Востока.
Каждый компьютер в сети должен иметь сетевой адаптер (сетевую карту), программное обеспечение для передачи данных (сетевые программы) и управляться сетевой операционной системой. Компьютеры локальных вычислительных сетей чаще всего соединены между собой проводом или коаксиальным кабелем. Существуют и беспроводные локальные сети с оптическими или радиоволновыми линиями связи.
Для обеспечения передачи данных необходимо предварительно определить последовательность передачи и форматы передаваемой информации, а также порядок и вид получения подтверждений осуществления передачи данных. Такие соглашения по обмену информацией между источником и приемником в сети называют сетевыми протоколами.
Сетевой протокол (или просто протокол) должен предусматривать управление форматом сообщений, формированием контрольной информации, потоком команд, а также действиями, которые должны быть предприняты в случае обнаружения ошибок обмена. Протоколы обеспечивают согласование передачи данных для неоднородных сетей ЭВМ. Существует несколько стандартов протоколов. В настоящее время в качестве стандарта для международных телекоммуникаций предусмотрен TCP/IР протокол. Он поддерживает используемые во всем мире вычислительные средства: ЭВМ общего назначения, мини-ЭВМ, UNIX-машины, персональные компьютеры и т.д.
Для упорядочения процесса управления приемом и передачей данных в сети этот процесс разделен на семь функциональных уровней.

1. Обеспечение электрических и функциональных характеристик между приемником и передатчиком - физический уровень.
2. Управление каналом передачи данных, установление, поддержка и разъединение каналов (соединений), защита от ошибок при передаче данных -канальный уровень, или уровень управления информационным каналом.
3. Маршрутизация, управление потоками данных при передаче пакетов -сетевой уровень.
4. Управление передачей данных (без обработки) - транспортный уровень.
5. Организация и проведение сеансов связи между прикладными процессами(сеансовый уровень).
6. Интерпретация и преобразование передаваемых между процессами данных к виду, удобному для прикладных программ, - уровень представления данных.
7. Выполнение прикладных программ, управление терминалами, администрирование сети (прикладной уровень).
Каждый уровень обслуживает соседний старший уровень. Организация взаимодействия между одинаковыми уровнями различных систем определяется соответствующими соглашениями (протоколами). Поэтому любая ЭВМ в состоянии «понять» информацию, полученную от любой другой ЭВМ.
Передаваемое сообщение, сформированное на верхнем (прикладном) уровне, последовательно поступает на более низкие уровни, затем по физическому каналу, пройдя через коммутационные системы, передается приемнику, где последовательно проходит от более низких уровней к верхним.
В компьютере-источнике подлежащие пересылке данные на каждом уровне обрамляются служебной информацией: заголовком и концевиком, содержащими адреса источника и приемника, а также некоторыми другими данными. Оформленные таким образом данные называют контейнером (пакетом) (рис. 10.7).
Формирование пакетов подобно многократному вкладыванию в конверты с формированием надписей на конвертах.
На приемной стороне, где контейнеры перемещаются с низких уровней на высокие, происходит «вскрытие конвертов» (удаление служебных данных).
Главная задача протоколов - обеспечение достоверной передачи данных даже при недостаточно надежном канале связи. Эта задача решается различными способами:
а) использование кодов с обнаружением и исправлением ошибок. Простейший из таких кодов - контроль по четности, когда каждый байт снабжается девятым разрядом. Этот разряд устанавливается так, чтобы общее число единиц в посылке было четным;
б) обратная передача. Передав блок данных, немедленно передают его назад и сравнивают с предыдущим. Если нет совпадения, то процесс повторяется. Оптимальная длина посылки зависит от пропускной способности канала. Если вероятность ошибки Р=10-4, то оптимальная длина равна 57 бит, а канал используется на 50%;
в) тайм-аут - предельный промежуток времени ожидания получения «квитанции» о правильном приеме переданного сообщения.
Определение пути, по которому будет передано сообщение, осуществляется с помощью специального устройства - маршрутизатора.
Маршрутизатор (Router) - устройство, которое работает с несколькими каналами, направляя в какой-нибудь из них очередной блок данных.
Маршрутизатор выбирает канал по адресу, указанному в заголовке пришедшего сообщения (пакета). Для каждого поступающего пакета маршрутизатор принимает индивидуальное решение о пути следования пакета к сети, в которой находится машина-адресат. Процедура выбора наилучшего пути называется маршрутизацией.
Проблема выбора осложняется тем, что географически самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту. Оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности нагрузки (трафика), которая может изменяться с течением времени. Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к изменению нагрузки, в то время как другие принимают решения на основе средних показателей за длительное время. Выбор маршрута может осуществляться и по другим критериям, например, надежности передачи информации.
Между конечными компьютерами может быть несколько десятков маршрутизаторов и множество промежуточных физических сетей различных типов, но программа-клиент будет воспринимать этот конгломерат как единую физическую сеть.
Таким образом, сетевой протокол выполняет функции маршрутизации, выбирая нужный путь для пакетов в паутине физических сетей.
По способу передачи информации вычислительные сети делятся на:
- сети коммутации каналов;
- сети коммутации сообщений;
- сети коммутации пакетов.
Коммутация каналов. В сети устанавливается физическое соединение между двумя ЭВМ. Эта связь устанавливается посылками сообщений для установки связи. После установки связи передается сообщение о готовности передачи от приемного конца к передающему (обратная связь). Затем по установленному соединениями каналу передаются данные. Коммутация каналов приводит к неэкономному использованию каналов, так как занята цепочка каналов. На установку соединения может уйти больше времени, чем
на передачу данных. Кроме того, данные обычно не загружают полностью канал по пропускной способности.
Коммутация сообщений. Физическое соединение устанавливается только между соседними узлами сети (узлами коммутации) и только на время передачи сообщения. Каждое сообщение снабжается заголовком и передается по сети как единое целое. Поступившее в узел сообщение запоминается в его запоминающем устройстве и в подходящий момент, когда освободится соответствующий канал, передается в следующий соседний узел. Сообщение как бы «прыгает» от одного узла к другому, занимая только один канал между соседними узлами.
Коммутация сообщений по сравнению с коммутацией каналов позволяет ценой усложнения аппаратуры узла коммутации уменьшить задержку при передаче данных и повысить общую пропускную способность сети передачи данных. Но, с другой стороны, на время передачи сообщения (а оно может быть очень большим) канал связи становится недоступным для других пользователей. Кроме того, надежность такого соединения невелика: неполадки одного из многочисленных звеньев канала нарушают связь между узлами.
Коммутация пакетов - это развитие метода коммутации сообщений (рис. 10.8). Сообщение делится на части - пакеты фиксированного размера (1,5 Кбайт). Пакеты помечаются заголовком: адреса источника и приемника, номер пакета в сообщении.

Пакеты передаются по сети как независимые сообщения и поступают в узел коммутации, где накапливаются в буферах каналов связи. Затем они передаются в выходной буфер, где скапливаются вперемешку пакеты различных сообщений. Эти пакеты выдаются на широкополосный канал для передачи в соседний узел коммутации. В пункте назначения интерфейсный процессор формирует из пакетов исходное сообщение.
Коммутация пакетов дает возможность одновременной передачи пакетов одного сообщения различными маршрутами, что уменьшает время передачи и увеличивает надежность передачи. Короткий пакет приводит к меньшим ошибкам и тем уменьшает занятость каналов связи.
Коммутация пакетов обеспечивает наименьшую задержку и наибольшую пропускную способность сети передачи данных, особенно для коротких сообщений. Основные принципы коммутации пакетов поддерживаются протоколом TCP/IP.

70.3 Глобальная информационная сеть Интернет
Развитие мировой телекоммуникации привело к созданию сетей общественного пользования, обеспечивающих передачу данных для широкого круга пользователей. Эти средства могут использовать локальные сети ЭВМ для организации корпораций сетей, соединенных имеющимися в мире средствами связи. Тем самым в полном смысле слова реализуется глобальная сеть ЭВМ. Она открыта для пользователей ЭВМ во всем мире и представляет им доступ к накопленным человечеством интеллектуальным ценностям и информации из любых областей человеческой деятельности.
Интернет (Internet) - это всемирная совокупность компьютерных сетей. Она использует принцип передачи пакетов. Используются высокоскоростные средства не только доставки, но и сортировки пакетов. Для управления передачей данных используются протоколы TCP/IP.
ПротоколTCP/IP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей) разбивает исходное сообщение на несколько небольших фрагментов - пакетов. Каждый пакет
снабжается заголовком, который содержит служебную информацию (адреса отправителя и получателя, идентификатор сообщения, номер пакета в сообщении и т.п.). Ответственность за доставку отдельного пакета по заданному адресу несет IP-протокол (Internet Protocol).
TCP-модуль адресата собирает поступающие пакеты и, пользуясь служебной информацией, соединяет отдельные пакеты в целое исходное сообщение. Недостающие или искаженные фрагменты сообщения пересылаются повторно.
Длина одного пакета обычно не превышает 1500 байт, и одно сообщение может быть разбито на несколько сотен пакетов. Таким образом, по каналам связи одновременно следуют, чередуясь друг с другом, тысячи пакетов. При этом общее время передачи равномерно распределяется между всеми пользователями. Чем больше пользователей одновременно работают в Интернете, тем медленнее доставляются сообщения конкретному адресату. Кроме того, случаются и «технические» задержки -перегрузка промежуточных шлюзов и серверов, неполадки в линиях связи.
Адресация в Интернете. Каждая ЭВМ, подключенная к Интернет, имеет собственный уникальный физический адрес (IP-адрес), состоящий из четырех десятичных чисел (каждое может иметь значения от 0 до 255), разделенных точками, например 194.84.93.107. Такая система адресации позволяет получить 2564 = 4,3 миллиарда адресов. При работе в сети машины отыскивают друг друга именно по этим адресам.
Последнее число адреса есть адрес ЭВМ (host computer), остальные числа в адресе описывают узлы (домены) в иерархии сетей. Международная служба адресов NIC (Network Information Center) выдает адреса доменов, а адреса ЭВМ в домене назначает администратор локальной сети, в которую включен компьютер.
Для облегчения адресации в Интернете реализована служба доменных имен (DNS - Domain Name Service). Каждому IP-адресу ставится в соответствие доменное имя - ряд символьных имен, разделенных точкой. Преобразование доменных имен в IP-адреса можно сделать в своем компьютере (для часто используемых имен), но обычно это делается в узлах сети (в серверах).
Типичное доменное имя имеет структуру:
имя_системы.имя_домена.расширение. Например - asu435-ws7.asu.tusur.ru. Здесь: asu435-ws7 - имя системы (компьютера); asu.tusur - имя домена (поддомен asu принадлежит домену tusur);
го - расширение.
Расширение домена отражает тип организации держателя домена:
equ - учебное заведение;
com - коммерческая организация;
org - некоммерческая организация;
gov - правительственные учреждения;
или код государства:
ru - Россия;
ur - Украина; us-США;
uk - Великобритания;
fr -Франция;
jp - Япония.
Имя домена может состоять из двух-четырех слов. Таким образом, доменная система имен использует принцип последовательных уточнений. Домен верхнего уровня располагается в адресе правее (например, название страны), а домен нижнего уровня - левее.
При поиске сервера по его доменному адресу компьютер пользователя обращается к серверам DNS, которые хранят информацию о соответствии символьных (доменных) имен и физических (числовых) адресов. Фактически поиск нужного сервера осуществляется с помощью физических адресов, а перевод доменных адресов в физические адреса осуществляют с помощью специальных серверов.
Основные службы Интернет. Подключение пользователя к Интернету может осуществляться различными способами в зависимости от услуги, которую хочет получить пользователь. Услуги предоставляют различные службы Интернета. Каждая служба (услуга) поддерживается своими прикладными протоколами. Чтобы воспользоваться какой-то из служб Интернета, необходимо иметь на компьютере программу, способную работать с этим протоколом. Такие программы называют клиентскими.
Терминальный режим. Исторически одной из ранних является служба удаленного управления компьютером Telnet. Этот протокол позволяет пользователю одного компьютера подключиться к другому удаленному компьютеру и работать с ним, как на собственном компьютере (включая операции редактирования и удаления). Для подключения каждый пользователь должен ввести свое регистрационное имя и пароль. Эту службу широко использовали для проведения сложных математических расчетов на удаленных вычислительных центрах, оснащенных мощными ЭВМ.
Часто протоколы Telnet применяются для дистанционного управления техническими устройствами (например, промышленными роботами). С помощью этого протокола бухгалтер или банкир, находясь в командировке, может записать или удалить данные на компьютере, находящемся в другом городе.
Электронная почта (E-mail) - наиболее простой и доступный способ работы в Интернете. Она позволяет передавать сообщения другим пользователям, которые имеют доступ в Интернет. Передачей сообщений управляют почтовые серверы -связные программы. Они получают сообщения от отправителей и пересылают их по цепочке к почтовым серверам адресатов, где эти сообщения накапливаются. При установлении соединения между адресатом и его почтовым сервером происходит автоматическая передача поступивших сообщений на компьютер адресата.
Каждому пользователю присваивается свой почтовый адрес. В Интернете используется доменная адресация. Доменное имя образуется по тем же правилам, что и имя компьютера в сети, только вместо имени компьютера стоит регистрационное имя пользователя. Оно имеет следующий формат:имя_пользователя@имя_домена.расширение .
Например, fnp(5),asu.tusur.ru.
Служба телеконференций (Usenet) - распределенный дискуссионный клуб, телеконференции, группы новостей. В отличие от электронной почты, клиент Usenet направляет сообщение не индивидуальному адресату, а группе неизвестных ему абонентов телеконференции. Сообщения, направленные на сервер группы новостей, отправляются с него на все серверы, с которыми он связан, если на них данного сообщения еще нет. Характер распространения каждого отдельного сообщения напоминает лесной пожар. На каждом из серверов сообщение хранится ограниченное время, и все желающие могут с ним ознакомиться.
Вся система телеконференций разбита на тематические группы (наука, искусство, спорт, отдых и т.п.). Все участники конференции имеют равные права при обсуждении того или иного вопроса, поэтому каждый вправе свободно высказываться по обсуждаемому вопросу. По некоторым данным сейчас в Интернете насчитывается свыше 50000 телеконференций. Они охватывают большинство тем, интересующих массы. Многие специалисты регулярно просматривают сообщения телеконференций.
Телеконференция - это как бы «плавающая» доска объявлений. Изменения, сделанные на одном сервере новостей, передаются на все другие серверы. Чтобы обменяться новостями, серверы регулярно связываются между собой.
Служба пересылки файлов дает возможность обмениваться файлами между компьютерами по протоколу FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов). FTP-сервер устанавливается на удаленном компьютере для того, чтобы дать пользователю возможность просмотреть файловую систему сервера и скопировать требуемые файлы. Достоинством данного протокола является возможность передачи файлов любого типа - текстов, рисунков, программ. К недостатку его следует отнести необходимость знания местоположения отыскиваемой информации. Здесь выручает программа Archie, которая позволяет сканировать FTP-архивы и найти тот, который устраивает пользователя по составу программного обеспечения и коммуникационным условиям. FTP - один из самых «древних» прикладных протоколов.
Gopher (грызун) - это протокол, который обеспечивает более развитые (по сравнению с FTP) средства поиска и извлечения информации с помощью многоуровневого меню, справочных книг, индексных ссылок и т.п. Этот протокол поддерживается современными программами-навигаторами. Протокол служит для получения текстовой информации (художественных произведений, стихов). Протокол не является прогрессивным, он постепенно будет терять свою распространенность.
Для поиска сразу на нескольких gopher-серверах создана служба VERONICA.
WAIS (Wide Area Information Servers - распределенная информационная система), которая обслуживает поиск информации в сетевых БД и библиотеках. Этот протокол уже стал архаичным, поиск по ключевым словам в настоящее время происходит с помощью новых поисковых систем.
Поисковые машины Open Text Index, Alta Vista, Yahoo, Lycos и другие представляют собой мощные информационно-поисковые системы, размещенные на серверах свободного доступа. Специальные программы непрерывно в автоматическом режиме сканируют информацию сети на основе заданных алгоритмов и проводят индексацию документов. Поисковые машины предоставляют пользователю на основе созданных баз данных доступ к распределенной на узлах сети информации через выполнение поискового запроса в рамках собственного интерфейса.
IRC (Internet Relay Chat) - чрезвычайно популярная служба Интернета. IRC позволяет пользователям общаться друг с другом, подключившись к одному серверу IRC. Беседа ведется в реальном времени путем набора своих реплик на клавиатуре. В отличие от телеконференций, здесь реакция собеседника следует мгновенно, живо. Этот вид услуг порой называют чатом, или «болтушкой». Этот вид услуг пользуется большой популярностью у студентов.
1CQ - интернет-пейджер, который, в отличие от обычного пейджера, позволяет вести не односторонний, а двухсторонний обмен информацией в реальном масштабе времени. ICQ обладает удобной системой поиска партнеров для бесед (с учетом возраста, интересов, профессии, языка, страны проживания и т.д.). Программа автоматически ищет указанных людей и уведомляет о том, что они в настоящий момент времени подключены к сети.
InternetPhone (IP - Интернет-телефония) - быстро развивающийся новый вид услуг, использующий принцип голосовой связи. Речь преобразуется в цифровой файл и передается по сети в виде обычного набора электронных пакетов. С помощью данной услуги возможна передача голоса, видеоизображения, обмен текстовыми сообщениями, совместное использование графического редактора, обмен файлами. Интернет-телефония позволяет создать голосовую почту, которая похожа на обычную электронную почту. Однако полученные сообщения можно прослушать. Естественно, что ЭВМ должна иметь звуковую карту, микрофон, акустическую систему. Для передачи изображения понадобится видеокамера.
Internet-радио - служба, позволяющая прослушивать сотни радиостанций, ведущих вещания в Интернете. Отличительной особенностью этой услуги является возможность выбора радиостанций, вещающих на определенном языке, тематики вещания (например, новости), музыкальных стилей (джаз, рок, классика, церковная и т.д.).
Internet-телевидение - служба, позволяющая вести прием множества телевизионных каналов. Распространение этой услуги пока ограничивается малой пропускной способностью современных каналов связи.

10.4 Всемирная паутина - WWW. Браузеры
Служба World Wide Web (WWW - всемирная широкая паутина) - безусловно, самая популярная служба современного Итернета. Это мощная информационно-поисковая система. Ее нередко отождествляют с самим Интернетом, хотя на самом деле это лишь одна из его многочисленных служб.
WWW - это единое информационное пространство, состоящее из сотен миллионов взаимосвязанных электронных документов, хранящихся на Web-серверах. Отдельные документы,
составляющие пространство Web, называются Web-страницами. Группы тематически объединенных Web-страниц называют Web-узлами или Web-сайтами. Один физический Web-сервер может содержать много Web-узлов.
WWW была предложена в 1989 году Тимом Беренсом-Ли (Лаборатория физики высоких энергий CERN, Женева) для обмена научной информацией.
Моделью WWW является концепция сверхбольшой базы знаний, в которой содержатся разнообразные документы - блоки информации. Эти блоки информации образуют гиперсреду, в которой документы ассоциативно связаны друг с другом. Документы содержат текст, звук, графические изображения.
Если говорить коротко, то WWW - это распределенная по всему миру большая энциклопедия. В основе распределенной базы данных WWW лежит технология гипертекста.
Гипертекст. Обычно текст представляется как длинная линейная последовательность символов, которая читается в одном направлении. Гипертекстовая технология заключается в том, что текст делится на фрагменты (блоки), оформляемые с помощью специальных элементов разметки - тегов. Между фрагментами устанавливаются связи, которые при необходимости позволяют уточнить полученную информацию. Выбирая связи по ассоциации (по смыслу), можно читать гипертекст в порядке, наиболее удобном для пользователя, а не подряд.
Существуют специальные теги для внедрения графических и мультимедийных объектов (звук, музыка, видеоклипы). Встретив такой тег, обозреватель делает запрос к серверу на доставку файла, связанного с тегом, и воспроизводит его - мы видим иллюстрацию или слышим звук.
Использование гипертекста позволяет фиксировать отдельные мысли, факты, а затем связывать их друг с другом, двигаясь в любых направлениях, определяемых ассоциативными связями. В результате образуется сложный граф взаимосвязанных фрагментов - нелинейный текст. Он отличается от обычного линейного текста, где слова и мысли имеют последовательную структуру.
Создается гипертекст в три этапа: сбор идей и мыслей, планирование связей между ними и реализация ветвящейся структуры гипертекста. Созданный гипертекст может служить элементом охватывающего гипертекста, тем самым обеспечивается основа для создания базы знаний.
Для создания гипертекстовых документов используется высокоуровневый язык HTML - Hyper Text Markup Language (язык разметки гипертекста), близкий к языкам программирования. С помощью тегов HTML в любой документ можно встроить ссылки на другие документы. Таким образом, Web-документ представляет собой обычный текстовый документ, размеченный тегами HTML.
В последние годы в Web-документах находят широкое применение активные компоненты. Это объекты, которые могут не просто отображаться на компьютере, но и выполнять заложенную в них программу. Для создания таких программ используется язык Java.
От обычных текстовых документов Web-страницы отличаются тем, что они оформлены без привязки к конкретному носителю. Электронные Web-документы предназначены для просмотра на экране компьютера, причем заранее неизвестно, какого. Поэтому Web-документы не могут иметь «жесткого» форматирования. Оформление выполняется непосредственно во время их воспроизведения на ЭВМ клиента, и происходит оно в соответствии с настройками программы, выполняющей просмотр.
Браузеры. Для работы с WWW используются специальные программы-клиенты, которые по-английски называются browsers (от глагола «browse» - «просматривать»), а по-русски - браузерами, навигаторами, обозревателями, просмотрщиками. Браузеры позволяют получать по сети различные документы, просматривать и редактировать их содержимое и при необходимости сохранять их на магнитных дисках. Наиболее популярны в настоящий момент времени браузеры NetscapeNavigator и MicrosoftInternetExplorer.
Доступ к ресурсам Интернета производится в браузерах черезунифицированный указатель ресурсов (URL - Uniform Resource Locator). URL определяет адрес сервера и путь к документу на сервере и состоит из трех элементов: протокола передачи, DNS-имени сервера и пути в каталогах, например:
http://www.citforum.tsu.r u/operating-systems/ois/glava 5.html .
Здесь
http - протокол связи; :// - разделитель;
www.citforum.tsu.ru - DNS адрес сервера (см. 10.3); operating-systems/ois/glava_5.html - путевое имя Web-страницы.
Если путевое имя каталога не содержит имени конкретного файла Web-страницы, в этом каталоге ищется имя файла-содержания index.html. Когда путевое имя опущено, соединение будет с начальной страницей index.html в каталоге верхнего уровня.
Большинство браузеров поддерживает ряд протоколов, используемых в Интернете:
http - доступ к Web-узлу;
ftp - протокол пересылки файлов;
file - работа с локальными гипертекстовыми файлами;
gopher - поиск файлов;
news - чтение телеконференций Usenet и другие.
Браузер принимает документ, находит в нем теги и показывает документ на экране так, как они того требуют. Например, там, где в тексте вставлена картинка, браузер прочитает адрес, в котором хранится ее файл, обратится по указанному адресу (в любом месте земного шара), загрузит эту картинку, встроит ее в текст и покажет на экране вместе с текстом.
Совокупность огромного числа гипертекстовых электронных документов, хранящихся на серверах WWW, образуют своеобразное гиперпространство документов, между которыми возможно перемещение. Гипертекстовая связь между сотнями миллионов, хранящихся на физических серверах Интернета, является основой существования логического пространства World Wide Web.
На рисунке 10.9 показано окно браузера Microsoft Internet Explorer, на котором выведена главная страница Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники.
Под строкой заголовка находится главное меню программы, обеспечивающее доступ к широкому набору функций, управления обозревателем. Ниже расположены пиктограммы наиболее часто используемых функций главного меню. В строке «Адрес» вводится URL-адрес нужной страницы.
Главная страница сайта университета представляет собой графическое меню. Нужная страница сайта выбирается щелчком мыши на строке заголовка или графической пиктограммы. Если пункт меню активен при наведении на него указателя мыши, форма указателя меняется со стрелки на кисть руки с указательным пальцем, а в строке состояния программы (внизу окна) появляется адрес станицы, которая выбирается в этом пункте меню.

28.1. Архитектура сети

Сеть представляет собой совокупность компьютеров, объединенных средствами передачи данных. Средства передачи данных в общем случае могут состоять из следующих элементов: связных компьютеров, каналов связи (спутниковых, телефонных, цифровых, волоконно-оптических, радио- и других), коммутирующей аппаратуры, ретрансляторов, различного рода преобразователей сигналов и других элементов и устройств.

Архитектура сети ЭВМ определяет принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети.

Современные сети можно классифицировать по различным признакам: по удаленности компьютеров, топологии, назначению, перечню предоставляемых услуг, принципам управления (централизованные и децентрализованные), методам коммутации (без коммутации, телефонная коммутация, коммутация цепей, сообщений, пакетов и дейтаграмм и т.д.), видам среды передачи и т.д.

В зависимости от удаленности компьютеров сети условно разделяют на локальные и глобальные.

Произвольная глобальная сеть может включать другие глобальные сети, локальные сети, а также отдельно подключаемые к ней компьютеры (удаленные компьютеры) или отдельно подключаемые устройства ввода-вывода. Глобальные сети бывают четырех основных видов: городские, региональные, национальные и транснациональные. В качестве устройств ввода-вывода могут использоваться, например, печатающие и копирующие устройства, кассовые и банковские аппараты, дисплеи (терминалы) и факсы. Перечисленные элементы сети могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние.

В локальных вычислительных сетях (ЛВС) компьютеры расположены па расстоянии до нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи со скоростью обмена от 1 до 10 и более Мбит/с (не исключается случай соединения компьютеров и с помощью низкоскоростных телефонных линий). ЛВС обычно развертываются в рамках некоторой организации (корпорации, учреждения). Поэтому их иногда называюткорпоративными системами илисетями. Компьютеры при этом, как правило, находятся в пределах одного помещения, здания или соседних зданий.

Независимо от того, в какой сети работает некоторый компьютер, функции установленного на нем программного обеспечения условно можно разделить на две группы: управление ресурсами самого компьютера (в том числе и в интересах решения задач для других компьютеров) иуправление обменом с другими компьютерами (сетевые функции).

Собственными ресурсами компьютера традиционно управляет ОС. Функции сетевого управления реализует сетевое ПО, которое может быть выполнено как в виде отдельных пакетов сетевых программ, так и в виде сетевой ОС.

При разработке сетевого ПО используется иерархический подход, предполагающий определение совокупности сравнительно независимых уровней и интерфейсов между ними. Это позволяет легко модифицировать алгоритмы программ произвольного уровня без существенно изменения других уровней. В общем случае допускается упрощение функций некоторого уровня или даже его полная ликвидация.

Для упорядочения разработки сетевого ПО и обеспечения возможности взаимодействия любых вычислительных систем Международная Организация по Стандартизации (International Standart Organization - ISO) разработала Эталонную модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection - OSI).

Эталонная модель OSI определяет следующие семь функциональных уровней:

физический (physical layer);

управления линией (звеном) передачи или канальный (data link);

сетевой (network layer);

транспортный (transport layer);

сеансовый (session layer);

представительный (presentation layer);

прикладной, или уровень приложений (application layer).

Физический уровень обеспечивает интерфейс между ЭВМ сети и средой передачи дискретных сигналов. На физическом уровне через абонентские каналы передаются последовательности битов. Управление физическим каналом сводится к выделению начала и конца кадра, несущего в себе передаваемые данные, а также к формированию и приему сигналов определенной физической природы.

Стандарты физического уровня включают рекомендации Х.21 либо Х.21 бис, определяющие механические, электрические, функциональные и процедурные характеристики, необходимые для установления (активизации), поддержания и расторжения (деактивизации) физических соединений.

Функции канального уровня состоят в управлении вводом-выводом информации в канале связи. Для повышения достоверности передачи процедуры канального уровня могут предусматривать введение избыточных кодов, повторную передачу данных и другие методы. Формируемые этим уровнем данные группируются в так называемыекадры

Обмен данными между двумя объектами канального уровня может вестись одним из трех способов: дуплексным (одновременно в обоих направлениях),полудуплексным (попеременно в обоих направлениях) илисимплексным (в одном направлении).

Сетевой уровень обеспечивает передачу сетевых блоков (пакетов) между узлами сети. Здесь решаются задачи выбора маршрута из числа возможных (при изменении нагрузки пли конфигурации сети), управления входящим потоком, буферизации пакетов и т.д. Основная функция сетевого протокола - прокладка в каждом физическом канале совокупности логических каналов (до 4096), что существенно повышает эффективность использования ресурсов физического канала.

Основной функцией транспортного уровня является доставка сообщений (транспортных блоков), которые состоят из сетевых пакетов. С этой целью транспортные объекты сетевого ПО организуют разборку сообщений на передающем конце и сборку сообщений из принимаемых пакетов на приемной стороне. Кроме того, транспортный уровень занимается согласованием различных сетевых уровней с помощью соответствующихшлюзов (согласование сетевых объектов принципиальноразличных сетей)и мостов (согласование сетевых объектоводнотипных сетей).

Для контроля того, что все отправленные пакеты приняты и в них нет ошибок, применяется метод посылки квитанций - квитирование. Квитанции, подтверждающие прием, могут посылаться получателем после приема одного или нескольких пакетов (обычно до 8). В последнем случае говорят о так называемом механизме "окна". Применение этого механизма при неплохом качестве средств связи позволяет уменьшить загрузку коммуникационной сети передаваемой по ней служебной информацией.

В настоящее время существует пять классов сервиса, предоставляемого транспортным протоколом (О, 1... 4). Выделенные классы различаются возможностями приоритетной передачи сообщений, защиты от ошибок, а также засекречивания данных с помощью шифрования.

Сеансовый уровень предназначен для организации сеансов связи (взаимодействия) между объектами более высоких уровней При установлении сеансов связи контролируется полномочие объекта по доступу к другому объекту. Данный уровень, как и транспортный, предусматривает несколько классов услуг (А, В, С и D).

Представительный уровень описывает методы преобразования информации (шифрование, сжатие, перекодировка), передаваемой объектам прикладного уровня: пользователям и программам.

Прикладной уровень отвечает за поддержку прикладного ПО пользователя. Па этом уровне реализуются три основные службы: передача и управление файлами, передача и обработка заданий, а также служба виртуального терминала.

Предложенная семиуровневая модель описывает общие принципы объединения разделенных средой передачи данных компьютеров. Для описания взаимодействия программных и аппаратных элементов уровней используются протоколы и интерфейсы.

Протоколом называется свод правил взаимодействия объектов одноименного уровня, а также форматы передаваемых между объектами блоков данных (сообщений). Примерами протоколов звена данных являются протокол HDLC (Higher-level Data Link Control), принятый ISO, и протокол SDLC (Synchronous Data Link Control) фирмы IBM.

Интерфейсы описывают процедуры взаимодействия объектов смежных уровней и форматы информации, передаваемой между этими объектами. Примером одного из интерфейсов является интерфейс Х.25 подключения пользователей к сетям передачи данных общего пользования. Этот интерфейс описан в соответствующих рекомендациях (Х.25), где определяется порядок и правила взаимодействия оконечного оборудованияобработки данных DTE (Data Terminal Equipment) и оконечного оборудования цепейпередачи данных DCE (Data Circuit-terminating Equipment). Роль DTE выполняет модем или цифровое устройство сопряжения для подключения к сети передачи данных. В качестве DCE может выступать хост-машина (Host), контроллер или концентратор, обслуживающий удаленные терминалы, интерфейсный компьютер для подключения к другой сети и т.д.

Разработка силами ISO множества рекомендаций по организации сетевого обмена между компьютерами внесла существенный вклад в теорию создания как глобальных, так и локальных сетей. Однако следует заметить, что принятие международных стандартов не устранило полностью разнообразия архитектур реальных существующих сетей.

Отличия сетей друг от друга вызваны особенностями используемого аппаратного и программного обеспечения, различной интерпретацией рекомендаций фирмами-разработчиками, различием требований к системе со стороны решаемых задач (требования защищенности информации, скорости обмена, безошибочности передачи данных и т.д.) и другими причинами. В сетевом ПО локальных сетей часто наблюдается сокращение числа реализуемых уровней.

Более интенсивный обмен информацией происходит в локальных сетях, нежели в глобальных. В ЛВС, по существу, организовано управление аппаратно-программными ресурсами всех входящих в сеть компьютеров. Реализует эти функции сетевое ПО. В глобальной сети основным видом взаимодействия между независимыми компьютерами является обмен сообщениями.

В настоящем разделе рассматриваются вопросы организации распределенных вычислений в среде ЛВС. Вопросы построения и функционирования глобальных сетей на примере сети Internet излагаются в следующем разделе.

Классификация компьютерных сетей осуществляется по наиболее характерным признакам – структурным, функциональным, информационным.

По степени территориальной рассредоточенности основных элементов сети (абонентских систем, узлов связи) различают глобальные, региональные и локальные компьютерные сети.

Глобальные компьютерные сети (ГКС) объединяют абонентские системы, рассредоточенные на большой территории, охватывающей различные страны и континенты. Они решают проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к ним.

Региональные компьютерные сети (РКС) объединяют абонентские системы, расположенные в пределах отдельного региона – города, административного района; функционируют в интересах организаций и пользователей региона и, как правило, имеют выход в ГКС. Взаимодействие абонентских систем осуществляется также с помощью ТСС.

Локальные компьютерные сети (ЛКС) объединяют абонентские системы, расположенные в пределах небольшой территории (этаж здания, здание, несколько зданий одного и того же предприятия). К классу ЛКС относятся сети предприятий, фирм, банков, офисов, учебных заведений и т.д. Принципиальным отличием ЛКС от других классов сетей является наличие своей штатной системы передачи данных.

Отдельный класс представляют корпоративные компьютерные сети (ККС), которые являются технической базой компаний, корпораций, организаций и т.д. Такая сеть играет ведущую роль в реализации задач планирования, организации и осуществления производственно-хозяйственной деятельности корпорации. Объединение ЛКС, РКС, ККС, ГКС позволяет создавать сложные многосетевые иерархии.

По способу управления различают сети с централизованным управлением, когда в сети имеется один или несколько управляющих органов, децентрализованным (каждая АС имеет средства для управления сетью) и смешанным управлением, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления (например, под централизованным управлением решаются только задачи с высшим приоритетом, связанные с обработкой больших объемов информации).

По организации передачи информации различают сети с селекцией информации и маршрутизацией информации.

Первые строятся на основе моноканала, взаимодействие АС осуществляется выбором (селекцией) адресованных им блоков данных (кадров): всем АС сети доступны все передаваемые в сети кадры, но копию кадра снимают только АС, которым они предназначены. Вторые используют механизм маршрутизации для передачи кадров (пакетов) от отправителя к получателю по одному из альтернативных маршрутов. По типу организации передачи данных сети с маршрутизацией информации делятся на сети с коммутацией каналов, коммутацией сообщений и коммутацией пакетов. В эксплуатации находятся сети, в которых используются смешанные системы передачи данных.

Важным признаком классификации сетей ЭВМ является их топология. Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

По топологии , т.е. по конфигурации элементов в сети, различают широковещательные сети и последовательные. Широковещательные сети и значительная часть последовательных конфигураций (кольцо, звезда с «интеллектуальным центром») характерны для ЛКС. Для глобальных и региональных сетей наиболее распространенной является произвольная (ячеистая) топология.

В сетях с широковещательной конфигурацией характерен широковещательный режим работы, когда на передачу может работать только одна рабочая станция, а все остальные станции сети – на прием. Это локальные сети с селекцией информации: общая шина, «дерево», «звезда» с пассивным центром.

Для построения сетей ЭВМ используются следующие топологические структуры:

Кольцевая;

Радиальная (звездообразная);

Полносвязная;

Древовидная (иерархическая);

Смешанная.

Топология шина (или, как ее еще называют, общая шина) самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов по доступу к сети (рис. 1). Компьютеры в шине могут передавать информацию только по очереди, так как линия связи в данном случае единственная. Если несколько компьютеров будут передавать информацию одновременно, она исказится в результате наложения (конфликта, коллизии). В шине всегда реализуется режим так называемого полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).

Рис. 1. Сетевая топология шина

В топологии шина отсутствует явно выраженный центральный абонент, через который передается вся информация, это увеличивает ее надежность (ведь при отказе центра перестает функционировать вся управляемая им система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями.

Поскольку центральный абонент отсутствует, разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента. В связи с этим сетевая аппаратура при топологии шина сложнее, чем при других топологиях. Тем не менее, из-за широкого распространения сетей с топологией шина (прежде всего наиболее популярной сети Ethernet) стоимость сетевого оборудования не слишком высока.

Важное преимущество шины состоит в том, что при отказе любого из компьютеров сети, исправные машины смогут нормально продолжать обмен.

В случае разрыва или повреждения кабеля нарушается согласование линии связи, которое обеспечивают специальные согласующие устройства – терминаторы, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть.

Отказ сетевого оборудования любого абонента в шине может вывести из строя всю сеть. К тому же такой отказ довольно трудно локализовать, поскольку все абоненты включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, невозможно.

При прохождении по линии связи сети с топологией шина информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи. Причем каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования.

Для увеличения длины сети с топологией шина часто используют несколько сегментов (частей сети, каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных усилителей и восстановителей сигналов – репитеров или повторителей. Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно. Ограничения на длину связаны с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.

Топология звезда – это единственная топология сети с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты . Обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер (рис. 2), на который ложится большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он, как правило, заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов . О равноправии всех абонентов (как в шине) в данном случае говорить не приходится. Обычно центральный компьютер самый мощный, именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано.

Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера или его сетевого оборудования никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. В связи с этим должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры.

Обрыв кабеля или короткое замыкание в нем при топологии звезда нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу. В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента : центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи , каждая из которых передает информацию в одном направлении, то есть на каждой линии связи имеется только один приемник и один передатчик. Это так называемая передача точка - точка . Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных, внешних терминаторов.

Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в звезде проще, чем в случае шины, ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня. Предельная длина сети с топологией звезда может быть вдвое больше, чем в шине.

Серьезный недостаток топологии звезда состоит в жестком ограничении количества абонентов . Обычно центральный абонент может обслуживать не более 8-16 периферийных абонентов . В этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, но за ними оно просто невозможно. В звезде допустимо подключение вместо периферийного еще одного центрального абонента (в результате получается топология из нескольких соединенных между собой звезд).

Звезда, показанная на рис. 2, носит название активной или истинной звезды. Существует также топология , называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 3). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство – концентратор или, как его еще называют, «хаб» (hub), которое выполняет ту же функцию, что и повторитель, то есть восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их во все другие линии связи .

Получается, что хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически речь идет о шинной топологии , так как информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам, а никакого центрального абонента не существует. Безусловно, пассивная звезда дороже обычной шины, так как в этом случае требуется еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды, в частности, упрощает обслуживание и ремонт сети. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную звезду, которая считается малоперспективной топологией .

Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности путем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невозможно, например, в случае шинной топологии ), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К периферийному абоненту в случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два (каждый кабель передает в одном из двух встречных направлений), причем последнее встречается гораздо чаще.

Общим недостатком для всех топологий типа звезда (как активной, так и пассивной) является значительно больший, чем при других топологиях , расход кабеля. Это существенно влияет на стоимость сети в целом и заметно усложняет прокладку кабеля.

К недостаткам сетей с радиальной топологией можно отнести: нарушение связи при выходе из строя центрального узла коммутации, отсутствие свободы выбора различных маршрутов для установления связи между АС, увеличение задержек в обслуживании запросов при перегрузке центра обработки, значительное возрастание общей протяженности линий связи при размещении АС на большой территории.

Топология кольцо – это топология , в которой каждый компьютер соединен линиями связи с двумя другими: от одного он получает информацию, а другому передает (рис. 4). На каждой линии связи , как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник (связь типа точка-точка). Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов. Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает, усиливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли повторителя. Затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Если предельная длина кабеля, ограниченная затуханием, составляет L пр, то суммарная длина кольца может достигать NL пр, где N – количество компьютеров в кольце. Полный размер сети в пределе будет NL пр /2, так как кольцо придется сложить вдвое. На практике размеры кольцевых сетей достигают десятков километров (например, в сети FDDI). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топологии . Четко выделенного центра при кольцевой топологии нет, все компьютеры могут быть одинаковыми и равноправными. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент , который управляет обменом или контролирует его. Понятно, что наличие такого единственного управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен .

Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии ). Ведь один из них обязательно получает информацию от компьютера, ведущего передачу в данный момент, раньше, а другие – позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на кольцо. В таких методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру. Подключение новых абонентов в кольцо выполняется достаточно просто, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае шины, максимальное количество абонентов в кольце может быть довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно обладает высокой устойчивостью к перегрузкам, обеспечивает уверенную работу с большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды), который может быть перегружен большими потоками информации.

Сигнал в кольце проходит последовательно через все компьютеры сети, поэтому выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) нарушает работу сети в целом. Это существенный недостаток кольца.

Точно так же обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной. Из трех рассмотренных топологий кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в случае топологии кольца обычно предусматривают прокладку двух (или более) параллельных линий связи , одна из которых находится в резерве. Иногда сеть с топологией кольцо выполняется на основе двух параллельных кольцевых линий связи , передающих информацию в противоположных направлениях. Цель подобного решения – увеличение (в идеале – вдвое) скорости передачи информации по сети. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).

Кроме трех рассмотренных базовых топологий нередко применяется также сетевая топология дерево (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд (рис.5). При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном – концентраторы (хабы).

Понятие о сетях ЭВМ, информационных технологиях на сетях

Лекция 20

Сеть представляет собой совокупность компьютеров, объединœенных средствами передачи данных. Средства передачи данных в общем случае могут состоять из следующих элементов: связных компьютеров, каналов связи (спутниковых, телœефонных, цифровых, волоконно-оптических, радио- и других), коммутирующей аппаратуры, ретрансляторов, различного рода преобразователœей сигналов и других элементов и устройств.

Архитектура сети определяет принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети.

Современные сети можно классифицировать по различным признакам: по удаленности компьютеров, топологии, назначению, перечню предоставляемых услуг, принципам управления (централизованные и децентрализованные), методам коммутации (без коммутации, телœефонная коммутация, коммутация цепей, сообщений, пакетов и дейтаграмм и т. д.), видам среды передачи и т. д.

Сети условно разделяют на локальные и глобальные исходя из удаленности компьютеров.

Произвольная глобальная сеть может включать другие глобальные сети, локальные сети, а также отдельно подключаемые к ней компьютеры (удаленные компьютеры) или отдельно подключаемые устройства ввода-вывода. Глобальные сети бывают четырех базовых видов: городские, региональные, национальные и транснациональные. В качестве устройств ввода-вывода могут использоваться, к примеру, печатающие и копирующие устройства, кассовые и банковские аппараты, дисплеи (терминалы) и факсы. Перечисленные элементы сети бывают удалены друг от друга на значительное расстояние.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет собой коммуникационную систему, позволяющую совместно использовать ресурсы компьютеров, подключенных к сети, такие, как принтеры, плоттеры, диски, модемы, приводы CD-ROM и другие периферийные устройства. В локальных вычислительных сетях компьютеры расположены на расстоянии до нескольких километров и обычно соединœены при помощи скоростных линий связи со скоростью обмена от 1 до 10 и более Мбит/с (не исключается случаи соединœения компьютеров и с помощью низкоскоростных телœефонных линий). ЛВС обычно развертываются в рамках некоторой организации (корпорации, учреждения). По этой причине их иногда называют корпоративными системами или сетями. Компьютеры при этом, как правило, находятся в пределах одного помещения, здания или сосœедних зданий.

Функции программного обеспечения компьютера, установленного в сети, условно можно разделить на две группы: управление ресурсами самого компьютера (в том числе и в интересах решения задач для других компьютеров) и управление обменом с другими компьютерами (сетевые функции).

Собственными ресурсами компьютера традиционно управляет ОС. Функции сетевого управления реализует сетевое ПО, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ должна быть выполнено как в виде отдельных пакетов сетевых программ, так и в виде сетевой ОС.

Топология - ϶ᴛᴏ конфигурация соединœения элементов в сеть. Топология во многом определяет такие важнейшие характеристики сети, как ее надежность, производительность, стоимость, защищенность и т.д.

Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделœение двух базовых классов топологий: широковещательных и последовательных.

В широковещательных конфигурациях каждый персональный компьютер передает сигналы, которые бывают восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии ʼʼобщая шинаʼʼ, ʼʼдеревоʼʼ, ʼʼзвезда с пассивным центромʼʼ. Сеть типа ʼʼзвезда с пассивным центромʼʼ можно рассматривать как разновидность ʼʼдереваʼʼ, имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному устройству.

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному персональному компьютеру. Примерами последовательных конфигураций являются: произвольная (произвольное соединœение компьютеров), иерархическая, ʼʼкольцоʼʼ, ʼʼцепочкаʼʼ, ʼʼзвезда с интеллектуальным центромʼʼ, ʼʼснежинкаʼʼ и др.

Коротко рассмотрим три наиболее широко распространенные (базовые) топологии ЛВС: ʼʼзвездаʼʼ, ʼʼобщая шинаʼʼ и ʼʼкольцоʼʼ.

В случае топологии ʼʼзвездаʼʼ каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелœем к центральному узлу (Рис. 21). Центральным узлом служит пассивный соединитель или активный повторитель.

Рис. 21. Топология ʼʼзвездаʼʼ

Недостатком такой топологии является низкая надежность, так как выход из строя центрального узла приводит к остановке всœей сети, а также обычно большая протяженность кабелœей (это зависит от реального размещения компьютеров). Иногда для повышения надежности в центральном узле ставят специальное релœе, позволяющее отключать вышедшие из строя кабельные лучи.

Топология ʼʼобщая шинаʼʼ предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются всœе компьютеры. Информация по нему передается компьютерами поочередно (Рис. 22).

Рис. 22. Топология ʼʼобщая шинаʼʼ

Достоинством такой топологии является, как правило, меньшая протяженность кабеля, а также более высокая надежность чем у ʼʼзвездыʼʼ, так как выход из строя отдельной станции не нарушает работоспособности сети в целом. Недостатки состоят в том, что обрыв основного кабеля приводит к неработоспособности всœей сети, а также слабая защищенность информации в системе на физическом уровне, так как сообщения, посылаемые одним компьютером другому, в принципе, бывают приняты и на любом другом компьютере.

При кольцевой топологии данные передаются от одного компьютера другому по эстафете (Рис. 23). В случае если некоторый компьютер получает данные, предназначенные не ему, он передает их дальше по кольцу. Адресат предназначенные ему данные никуда не передает.

Рис. 23. Кольцевая топология

Достоинством кольцевой топологии является более высокая надежность системы при разрывах кабелœей, чем в случае топологии с общей шиной, так как к каждому компьютеру есть два пути доступа. К недостаткам топологии следует отнести большую протяженность кабеля, невысокое быстродействие по сравнению со ʼʼзвездойʼʼ (но соизмеримое с ʼʼобщей шинойʼʼ), а также слабую защищенность информации, как и при топологии с общей шиной.

Топология реальной ЛВС может в точности повторять одну из приведенных выше или включать их комбинацию. Структура сети в общем случае определяется следующими факторами: количеством объединяемых компьютеров

Понятие о сетях ЭВМ, информационных технологиях на сетях - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Понятие о сетях ЭВМ, информационных технологиях на сетях" 2017, 2018.

Классифицировать сети можно по различным признакам – однородности компонентов, иерархичности, территориального размещения, принадлежности, среде передачи.

Однородность компонентов. Сеть может состоять как из однотипных устройств (гомогенные), так и из устройств различного типа (гетерогенные). Гомогенные сети были распространены в 70-80 годы, когда была характерна поставка "под ключ" единого комплекта сети от одного производителя. В настоящее время практически не встречаются.

Иерархичность . Одноранговые сети, все компьютеры в которых имеют одинаковые права, и иерархические (сети с выделенными серверами и управляющими устройствами). Применяются сети обоих типов, например, сеть небольшого офиса часто состоит из равноправных компьютеров без выделенного сервера, сетью здания удобнее управлять из единого центра, сеть Интернет – формально одноранговая.

Территориальное размещение. Чёткого критерия нет, особенно в настоящее время, когда сети всех типов строятся на общих принципах семейства протоколов TCP/IP, но принято различать локальные (комната, здание, типичное расстояние между компьютерами – от единиц до сотен метров), территориальные (крупное предприятие, небольшой город, типичные расстояния – единицы километров) и глобальные сети (сотни и тысячи километров). Также иногда выделяют городские сети (десятки километров) и личные сети (десятки метров).

Принадлежность. Частные, корпоративные, государственные и публичные сети. Классификация ясна из названия.

Среда передачи . Сети с общей средой передачи, когда все участники сети общаются через единое физическое пространство, или сети с коммутируемой средой передачи, когда в сети поддерживается множество отдельных каналов связи. Также по среде передачи можно различать проводные (электрические, оптические) и беспроводные (радио) сети.

1. Эталонная модель взаимодействия открытых систем osi. Основные функции уровневых подсистем.

Организация взаимодействия между устройствами в сети является сложной задачей. Как известно, для решения сложных задач используется универсальный прием - декомпозиция, то есть разбиение одной сложной задачи на несколько более простых задач-модулей. В результате достигается логическое упрощение задачи, а кроме того, появляется возможность модификации отдельных модулей без изменения остальной части системы.

Все множество модулей разбивают на уровни. Уровни образуют иерархию, то есть имеются вышележащие и нижележащие уровни. Множество модулей, составляющих каждый уровень, сформировано таким образом, что для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям непосредственно примыкающего нижележащего уровня. С другой стороны, результаты работы всех модулей, принадлежащих некоторому уровню, могут быть переданы только модулям соседнего вышележащего уровня. Такая иерархическая декомпозиция задачи предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями.

В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и возможность их легкой замены. Средства сетевого взаимодействия тоже могут быть представлены в виде иерархически организованного множества модулей.

Без принятия всеми производи­те­ля­ми общих правил построения оборудования прогресс в деле строительства сетей был бы невозможен. Поэтому всё развитие компьютерной отрасли отражено в стандартах – любая новая технология только тогда может широко использоваться, когда ее содержание закрепляется в соответствующем стандарте, а пока стандарта нет – это не технология, а всего лишь экспериментальная разработка.

В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Именно на основе этого подхода была разработана стандартная модель взаимодействия OSI (Open Systems Interconnection) – абстрактная сетевая модель коммуникации и разработки сетевых протоколов. Модель рассматривает сеть по уровням, каждый уровень обслуживает свою часть процесса взаимодействия. Благодаря такой структуре совместная работа сетевого оборудования и программного обеспечения становится гораздо проще и прозрачнее.

Уровни нумеруются от низшего (физического) до высшего (прикладного), но рассмотрим мы их сверху вниз – по порядку использования.

7. Прикладной уровень (Application layer)

Верхний уровень модели, обеспечивает взаимодействие пользовательских программ – то есть собственно то, что нужно пользователю от сети.

6. Представительский уровень (Presentation layer)

Отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. На этом уровне может осуществляться сжатие/распаковка или кодирование/декодирование данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально.

5. Сеансовый уровень (Session layer)

Отвечает за поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачи обеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с которых возобновляется процесс при нарушении взаимодействия.

4. Транспортный уровень (Transport layer)

Предназначен для доставки данных без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. При этом не важно, какие данные передаются, откуда и куда, то есть он предоставляет сам механизм передачи. Блоки данных он разделяет на фрагменты, размер которых зависит от протокола, короткие объединяет в один, а длинные разбивает.

3. Сетевой уровень (Network layer)

Предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети.

2. Канальный уровень (англ. Data Link layer)

Этот уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки (посылает повторный запрос поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием.

1. Физический уровень (Physical layer)

Самый нижний уровень модели предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов.

Семиуровневая модель OSI является теоретической , непосредственно на основе этой модели сети не строят, но она очень полезна для понимания построения сети.