Информатика кандидат технических наук доцент Полупанов Дмитрий Васильевич

Информатика кандидат технических наук, доцент Полупанов Дмитрий Васильевич Лекция 5. Компьютерные сети. Интернет.

Цель лекции l l l дать понятие компьютерной (вычислительной) сети; рассмотреть основные компоненты и основные функции компьютерной сети; изучить эталонную модель взаимодействия открытых систем (OSI); дать понятие локальных вычислительных сетей; рассмотреть архитектуру «клиент-сервер» ; изучить основные виды топологий локальных сетей; 2

5. 1. Основные понятия компьютерной сети l l l Компьютерная сеть – это два или более компьютера, обменивающихся информацией по линиям связи. Вычислительная сеть - совместная организация пользователей для обмена общесистемными ресурсами: информационными, техническими, программными. Вычислительная сеть представляет собой соединение персональных компьютеров (серверов и рабочих станций), необходимого коммуникационного оборудования и физических каналов связи. 3

Основные компоненты компьютерной сети l l l сети передачи данных (включающей в себя каналы передачи данных и средства коммутации); компьютеры, взаимосвязанные сетью передачи данных; сетевое программное обеспечение. 4

Основные понятия l l Канал связи – среда, по которой компьютеры обмениваются данными. Протокол – совокупность правил, регламентирующих формат и порядок передачи данных. Узел – компьютер либо другое устройство, подключенное к сети. Пропускная способность (bandwidth) – объем информации, который можно передать за единицу времени (сек). 5

Основные функции вычислительных сетей l l l Функция предоставления ресурсов является главной функцией вычислительной сети, заключающейся в выполнении различных логических и арифметических операций над данными и обеспечивающей хранение, поиск и обработку информации, необходимой для принятия решения пользователем; она предполагает также предоставление в распоряжение пользователя программных и технических средств сети. Функция потребления относится к вспомогательным вычислительной сети и связана с запросами пользователя всех видов ресурсов. Функция коммуникации (соединения) решает вопрос организации передачи информации между поставщиком и потребителем ресурсов. Функции предоставления или потребления ресурсов осуществляет абонентская система - система, которая поставляет или потребляет ресурсы сети; , а коммуникации коммуникационная сеть - сеть, основной задачей которой является организация передачи информации между поставщиком и потребителем сетевых ресурсов. 6

Виды коммутации l l Коммутация каналов – форма передачи данных, при которой используется физический канал между двумя устройствами, устанавливаемый при начале передачи. Коммутация пакетов – форма передачи, при которой пакеты (часть данных) могут пересылаться из исходного пункта в пункт назначения разными маршрутами. 7

Средства передачи данных l l l Провод Сетевой адаптер Repeater (повторитель) и Hub (мультиповторитель) Bridge (мост) и Switch (коммутатор) Router (маршрутизатор) Узлы сети (компьютеры) 8

Классификация компьютерных сетей по степени территориальной рассредоточенности абонентских систем l l локальные (Lосаl Area Network, LAN) - абонентские системы находятся в одном здании или соседних зданиях, как правило, принадлежащих одному юридическому лицу (фирме, предприятию, банку); городские (Metropolitan Area Network, MAN) - абонентские системы соединяются в пределах города; региональные (Wide Area Network, WAN) - соединяют абонентские системы нескольких городов, регионов или стран в пределах одного континента; глобальные (Global Area Network, GAN) - соединяют абонентские системы, расположенные на различных континентах. 9

взаимодействия (OSI Model) OSI – Open System Interconnection – эталонная модель взаимодействия открытых систем l Все аппаратные средства и ПО должны подчиняться данной модели. l В этой модели определены ограничения для сетевых стандартов. l Проблема сложности в модели сети решается путем разбиения взаимодействия в сети на иерархические уровни. 10

Уровни сетевого взаимодействия (OSI) 7. Прикладной Интерфейс между пользователем и сетью 6. Представления данных 5. Сеансовый Понимание и представление информации 4. Транспортный Контроль за передачей данных 3. Сетевой Маршрутизация данных 2. Канальный Безошибочная передача данных через физический уровень 1. Физический Передача электрических сигналов Управление сеансами связи между прикладными процессами 11

12

5. 3. Локальные сети (Local Area Network, LAN) l l l LAN нуждаются в кабельном соединении и охватывают сравнительно ограниченное пространство. По функциональным возможностям узлов LAN делятся на одноранговые и сети архитектуры «клиент-сервер» . LAN различаются по технологии (архитектуре) и топологии, а также по скорости передачи данных. 13

Локальные вычислительные сети (ЛВС) (Local Area Network, LAN) l l l Серверы – это аппаратно-программные комплексы, которые исполняют функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа. Рабочие станции – это компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером. Физическая среда передачи данных – это коаксиальные, оптоволоконные кабели, витые пары проводов, а также беспроводные каналы связи (инфракрасное излучение, лазеры, радиопередача). 14

Архитектура «клиент-сервер» l l Программа, предоставляющая какие-то услуги (сервисы), называется сервером. Программа, потребляющая эти услуги, называется клиентом. На одном компьютере могут работать как программы-клиенты, так и программы-серверы. Программы-серверы устанавливают на специальные мощные компьютеры, называемые серверами. 15

Технологии локальных сетей l l Ethernet – «широковещательная» сеть Token Ring – сеть, использующая маркер (token) FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – высокоскоростная оптоволоконная сеть ARCNet (Attached Resource Computer network) – компьютерная сеть доступа к ресурсам 16

Технологии локальных сетей При обмене данными как между компьютерами в сети любое информационное сообщение разбивается программами передачи данных на небольшие блоки данных, которые называются пакетами. 17

Топологии локальных сетей Способ соединения компьютеров в сеть называется её топологией Шинная Звездообразная Кольцевая 18

Топологии локальных сетей 19

Топологии локальных сетей Технологически выделяется два основных типа ЛВС: одноранговые (peer-to-peer) ЛВС и ЛВС на основе сервера (server based). 20

5. 4. Понятие Интернет l l Интернет - это всемирная компьютерная сеть, объединяющая компьютерные сети по всему миру на базе единых стандартных соглашений (протоколов) о способах обмена информацией и единой системой адресации. Интернет одновременно является и средством общемирового вещания, и механизмом распространения информации, и средой для сотрудничества и общения людей, охватывающей весь земной шар. 21

Наиболее популярные сервисы Интернет l l World Wide Web – всемирная паутина глобальная распределенная информационная гипертекстовая мультимедиа-система http: //www. bsunet. ru Поисковые службы (роботы, каталоги) http: //www. google. com www. nigma. ru www. yandex. ru Файловые архивы – хранилища программного обеспечения, музыки, фильмов ftp: //ftp. informika. ru Википедия – интерактивная энциклопедия http: //ru. wikipedia. org 22

Сервисы коммуникации на основе Интернет l l l Электронная почта – e-mail Форумы Сервис «Живой журнал» (блоги) Сервис хранения цифровых фотографий, видео, текстов и ссылок. Общение в реальном времени: чаты, ICQ, ip-телефония, видео-конференции 23

Всемирная паутина l l l World Wide Web – всемирная паутина глобальная распределенная информационная гипертекстовая мультимедиа-система. позволяет связать в единое целое разрозненную информацию, хранящуюся на разных компьютерах. узлами Всемирной паутины являются сайты. 24

Сайт l l l от англ. site – местоположение, участок это набор из нескольких десятков, сотен или даже тысяч web-страниц, связанных вместе единой темой, общим оформлением, взаимными гипертекстовыми ссылками и, как правило, близким размещением. это собственное место в виртуальной реальности, своего рода открытый дом, куда может войти каждый желающий. 25

Адресация сайтов URL l – Universal Resource Locator – универсальный указатель ресурса указывает точное местонахождение документа в сети. http: //www. microsoft. com/cio/industry. htm протокол обмена имя файла имя сайта имя раздела (путь) 26

Основные свойства веб-сайтов l l l Изначально веб-сайты представляли собой совокупность статичных документов, типа — сайт-визитка. По мере развития коммуникаций, количество внутренних и внешних ссылок увеличивалось. Сайт стал выполнять не только роль справки, аннотации, но и функционального офиса, новостного или медийного центра. В настоящее время большинству из них свойственна динамичность и интерактивность. В большинстве случаев в Интернете одному веб-сайту соответствует одно доменное имя. Именно по доменным именам сайты идентифицируются в глобальной сети. Возможны иные варианты: один сайт на нескольких доменах или несколько сайтов под одним доменом. Обычно несколько доменов используют крупные сайты (вебпорталы) чтобы логически отделить разные виды предоставляемых услуг (mail. google. com, news. google. com, maps. google. com). Нередки и случаи выделения отдельных доменов для разных стран или языков. Например, google. ru и google. fr логически являются сайтом Google на разных языках, но технически это разные сайты. Аппаратные сервера для хранения веб-сайтов называются вебсерверами. Сама услуга хранения называется веб-хостингом. Раньше каждый сайт хранился на своём собственном сервере, но с ростом Интернета, технологическим улучшением серверов на одном компьютере стало возможно размещение множества сайтов (виртуальный хостинг). Сейчас сервера для хранения только одного 27 сайта называются выделенными.

Интересный факт l Первый в мире сайт info. cern. ch появился в 1990 году. Его создатель, Тим Бернерс-Ли, опубликовал на нём описание новой технологии World Wide Web, основанной на протоколе передачи данных HTTP, системе адресации URI и языке гипертекстовой разметки HTML. Также на сайте были описаны принципы установки и работы серверов и браузеров. Сайт стал и первым в мире интернет-каталогом, так как позже Тим Бернерс-Ли разместил на нём список ссылок на другие сайты. 28

Основные виды сайтов l l l Веб-страница (англ. Web page) — документ или информационный ресурс Всемирной паутины, доступ к которому осуществляется с помощью веб-браузера. Веб-страницы обычно создаются на языках разметки HTML или XHTML и могут содержать гиперссылки для быстрого перехода на другие страницы. Интернет-портал— веб-сайт, предоставляющий пользователю Интернета различные интерактивные сервисы, работающие в рамках одного веб-сайта, такие как почта, поиск, погода, новости, форумы, обсуждения, голосования и т. д. Веб-кольцо (англ. webring) — объединение веб-сайтов с похожей тематикой. При этом каждый участник такого кольца размещает у себя на страничке ссылки на следующего и предыдущего члена кольца. Таким образом, переходя по ссылкам можно посетить сайты всех членов кольца. Является способом упорядочивания сайтов в сети, наряду с каталогами и поисковыми системами. Было популярно в начале развития Веба, но на данный момент встречается довольно редко 29

Гипертекст l l l Гипертекст – документ, содержащий текст, аудио- и видеоинформацию, связанный ссылками с подобными же документами. термин, введён Тедом Нельсоном в 1965 году для обозначения «текста ветвящегося или выполняющего действия по запросу» . Обычно гипертекст представляется набором текстов, содержащих узлы перехода между ними, которые позволяют избирать читаемые сведения или последовательность чтения. 30

HTML l l l HTML (от англ. Hyper. Text Markup Language — «язык разметки гипертекста» ) — стандартный язык разметки документов во Всемирной паутине. Большинство вебстраниц создаются при его помощи. Язык HTML интерпретируется браузером и отображается в виде документа, в удобной для человека форме. Язык HTML был разработан британским учёным Тимом Бернерсом-Ли приблизительно в 1991— 1992 годах в стенах Европейского совета по ядерным исследованиям в Женеве (Швейцария). Текстовые документы, содержащие код на языке HTML (такие документы традиционно имеют расширение. html или. htm), обрабатываются специальными приложениями, которые отображают документ в его форматированном виде. 31

Браузер, броузер (англ. browse – пролистать) – программа для просмотра гипертекста. Браузеры предоставляют пользователю удобный интерфейс для запроса вебстраниц, их просмотра (и вывода на иные внешние устройства) и, при необходимости, отправки введённых пользователем данных на сервер. Самые популярные браузеры: l Microsoft Internet Explorer l Netscape Communicator l Opera l Mozilla Fire. Fox 32

13. 3. Адресация в сети, Интернет-протоколы l l MAC (Media Access Control) адрес – уникальный физический адрес сетевого адаптера, состоит из 12 шестнадцатеричных цифр, «работает» на канальном уровне модели OSI. IP (Internet Protocol) адрес – уникальный логический адрес узла сети, состоит из 4 двоичных восьмибитовых числа, «работает» на сетевом уровне модели OSI. 33

IP-адресация в Интернет l l Основой логического единства Интернет является протокол IP (протокол межсетевого взаимодействия), определяющий формат адреса компьютера и отвечающий за доставку пакетов данных по назначению. Пример IP адреса: 212. 193. 62. 1 (физико-технический лицей № 1 г. Саратова) Выдачей IP-адресов распоряжается единый орган – Inter. NIC (Internet Network Information Center). На основе IP-адресов происходит маршрутизация – выбор оптимального пути доставки пакета данных. 34

Протоколы транспортного уровня l l l Сеть полностью гарантирует правильную доставку данных. Это обеспечивает протокол TCP (Transmission Control Protocol). Сеть не гарантирует правильности передачи данных, весь контроль осуществляется прикладными программами. В этом случае применяется протокол UDP (User Datagram Protocol). Стек протоколов TCP/IP – стандартный набор коммуникационных протоколов. Это два протокола нижнего уровня, являющиеся основой связи в сети Интернет. Протокол TCP разбивает передаваемую информацию на порции и нумерует все порции. С помощью протокола IP (Internet Protocol) все части передаются получателю. Далее с помощью протокола TCP проверяется, все ли части получены. При получении всех порций TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое. 35

Наиболее известные протоколы, используемые в сети Интерне l l l HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) — это протокол передачи гипертекста. Протокол HTTP используется при пересылке Webстраниц с одного компьютера на другой. FTP (File Transfer Protocol) — это протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. FTP дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный. POP (Post Office Protocol) — это стандартный протокол почтового соединения. Серверы POP обрабатывают входящую почту, а протокол POP предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — протокол, который задает набор правил для передачи почты. Сервер SMTP возвращает либо подтверждение о приеме, либо сообщение об ошибке, либо запрашивает дополнительную информацию. TELNET — это протокол удаленного доступа. TELNET дает возможность абоненту работать на любой ЭВМ сети Интернет, как на своей собственной, то есть запускать программы, менять режим работы и так далее. На практике возможности лимитируются тем уровнем доступа, который задан администратором удаленной машины. 36

Система доменных имен DNS – Domain Name System l l l Классификационная схема, которая группирует узлы Интернет по разным категориям (доменам). Основа распределенной базы данных, которая позволяет находить узлы Интернет. DNS классифицирует узлы по типу или стране: образовательные учреждения, бизнес, государственные органы, страны. 37

Сеть доменов первого уровня l l l l com – коммерческие предприятия edu – организации системы образования gov – правительство США int – международные организации mil – министерство обороны США net – сетевые организации org – некоммерческие организации 38

Географические домены l l l l ca cn de fi fr il it jr – Канада – Китай – Германия – Финляндия – Франция – Израиль – Италия – Япония l l l l kz – Казахстан pl – Польша ru – Россия se – Швеция uk – Англия uа – Украина za – ЮАР рф –Россия, кириллический домен, с апреля 2010 г. 39

Поддомены //yceum 1. ssu. runnet. ru узел поддомен второго уровня домен первого уровня 40

Подключение к Интернет 41

Подключение к Интернет. Каналы связи l l l Цифровые и аналоговые. Для использования аналоговых каналов требуется устройство – модем. Коммутируемые и выделенные. По физическому устройству каналы бывают электрические проводные, оптические и радиоканалы. 42

5. 5. Электронная почта 43

Преимущества электронной почты l l l l Большая скорость пересылки сообщений Небольшой объем сообщений Возможность пересылать средства мультимедиа Отложенный момент разбора сообщений Возможность копирования писем для разных адресатов Дешевизна Другие службы на основе электронной почты Интеграция со службой коротких сообщений на мобильные телефоны (SMS) 44

Почтовый ящик – информационное пространство на узле сети (почтовом сервере) Локальный компьютер Электронный адрес – уникальный адрес почтового ящика president@gov. ru Имя пользователя Адрес узла сети 45

Структура электронного сообщения Заголовок сообщения Тело сообщения 46

Почтовые протоколы l SMTP (Simple Mail Transfer. Protocol) – протокол для передачи сообщений от отправителя к получателю (для сервера исходящей почты) l POP 3 (Post Office Protocol версии 3) и IMAP 4 (Internet Message Access Protocol версии 4) – протоколы для выборки входящих сообщений из почтового ящика (для серверов входящей почты) l HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – протокол для работы с Web-почтой 47

Почтовый клиент программа, позволяющая пользователю создавать и отправлять сообщения, а также управлять полученными сообщениями (просматривать, упорядочивать, печатать, удалять и т. д. ) Функции почтовых клиентов Прием сообщений и автономный просмотр; l Локальное хранение сообщений l Создание и отправка сообщений; l Операции с вложенными файлами; l Автоматизированное создание ответных сообщений: - Поддержка адресной книги пользователя - Поддержка взаимодействия с множеством почтовых ящиков - Механизмы шифрования сообщений - Функции оповещений и уведомлений - Поддержка формата HTML (открытки, голосовые сообщения, видео) l 48

Почтовый сервер l сложный программный продукт, выполняющий функции по пересылке, хранению и предоставлению пользователю почтовых сообщений 49

SMTP-сервер обеспечивает доставку сообщений электронной почты от отправителя в почтовый ящик получателя. l отправка почты, поступившей от пользователя l прием и промежуточная маршрутизация сообщений, поступивших от других SMTPсерверов l распределение входящих сообщений по локальным почтовым ящикам l обеспечение безопасности путем фильтрации сообщений, поступающих из определенных сетей или от пользователей, не прошедших аутентификацию 50

POP 3 -сервер и IMAP 4 -сервер обеспечивают работу почтовых клиентов с входящей почтой l прием запросов от клиента l аутентификация пользователей при установлении доступа к почтовому ящику l выдача клиенту информации о почтовом ящике и о накопившихся в нем сообщениях l выдача клиенту сообщений полностью или частично Дополнительно IMAP 4 -сервер обеспечивает: l создание папок внутри почтового ящика и управление ими l изменение по запросу клиента сообщений в почтовом ящике 51

5. 6. Управление Интернет l l l Координация административной деятельности – открытая общественная организация Сообщество Интернета (Internet Society, ISOC), которая объединяет коллективных и индивидуальных членов интернет-сообщества. http: //www. isoc. org/ Разработка, отладка и внедрение в действие протоколов – IETF (Internet Engineering Task Force) – международное объединение исследователей, разработчиков и производителей сетевых решений. http: //www. ietf. org/ Вопросы регулирования адресного пространства – международная некоммерческая ассоциация ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) http: //www. icann. org/ 52

Управление Рунет l l Адреса основных узлов российского сегмента управляются Рос. НИИРОС (НИИ развития общественных сетей). Эта организация именуется также RIPN (Russian Institute for Public Networks) http: //www. ripn. net: 8080/ С 2006 года Рос. НИИРОС поручил техническую поддержку доменов второго уровня в домене RU и доменов третьего уровня в доменах общего пользования регистратору АНО "Региональный сетевой информационный центр" (RU-CENTER) http: //www. nic. ru/ 53