кафедра ЮНЕСКО по НИТ 1 Глобальные сети Информатика

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 1 Глобальные сети Информатика

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 2 Введение Глобальные информационные сети  одно из основных достижений человечества в области информационных технологий, главная примета вхождения в эпоху информационного общества. Делая возможным оперативное общение на огромных расстояниях (в разных странах и даже на континентах), глобальные сети уже изменили для многих людей характер и возможности образования и профессиональной деятельности.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 3 Введение. Интернет. Самой известной глобальной сетью является Internet, представляющий собой объединение огромного числа сетей – национального, отраслевого и еще более узкого – регионального уровня. «Малые» сети имеют выходы (шлюзы) в сети более высокого ранга, в согласованную систему адресов и протоколов (правил) передачи данных, и так образуют Internet - сеть сетей.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 4 Введение. On-line. В глобальных сетях существует два режима информационного обмена. Диалоговый режим (или режим реального времени), в котором пользователь, получив порцию информации, может немедленно на нее реагировать, подавать новую команду в сеть для получения новых порций информации, называется on-line. Пакетный режим, называемый off-line. Пользователь передает порцию информации (или принимает ее) в коротком сеансе связи и на некоторое время отключается от сети. Это время может быть достаточно длительным – от нескольких часов до нескольких суток – пока его запрос не будет обработан.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 5 Введение. Первая сеть. Первая сеть с коммутацией пакетов ARPANET начала действовать в США в 1969 г. Тогда в ней было всего лишь 4 компьютера. В настоящее время на Западе действует много глобальных сетей. Назовем для примера BITNET - сеть, объединяющую более 800 коллективных участников, преимущественно из числа университетов, колледжей и научных центров, охватывающую 35 стран Америки, Европы и Азии.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 6 Введение. Первая российская сеть. Из российских телекоммуникационных сетей крупнейшей (фактически действующей во всех странах СНГ и Прибалтики) является сеть RELCOM, созданная в 1990 г. Уже в 1996 г. она имела порядка 300 узлов и насчитывала десятки тысяч абонентов. Сеть является членом Европейского консорциума EUNET, объединяющего многие сети Восточной Европы и Северной Африки, которая, в свою очередь, является участником гигантского мирового сообщества INTERNET. Еще в 1994 г. пользователи RELCOM имели доступ к более чем миллиону компьютеров по всему миру. Шлюз, позволяющий RELCOM выходить в зарубежные сети, находится в Москве, оттуда информация, адресованная за рубеж, поступает в Хельсинки - Амстердам - и далее по всему миру с использованием всех существующих видов связи. Для оптимизации работы сети RELCOM она, имея в основе форму звезды, включает, тем не менее, множество перекрестных соединений между узлами, что позволяет установить дублирующие каналы связи и резко увеличить надежность и «живучесть» сети.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 7 Структура глобальной сети.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 8 Аппаратные средства и протоколы обмена информацией Основное техническое устройство сети - компьютер. Подавляющая часть компьютеров в сети являются абонентскими пунктами, т.е. обслуживают конечных пользователей - потребителей информации. Компьютер выполняет следующие функции: хранение и обработку информации, подготовку ее к передаче, печать на бумажном носителе, управление процессом передачи информации.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 9 Аппаратные средства и протоколы обмена информацией (2) Транспортной основой глобальных сетей выступают медные, оптоволоконные или спутниковые каналы. В зависимости от типа каналов передачи данных различают типы оконечного пользовательского оборудования: Модем (для коммутируемых или выделенных линий, DSL модем) Сетевой адаптер (для медных или оптоволоконных линий) Основные характеристики оборудования: максимальная скорость передачи данных; поддерживаемый сетевой протокол; протокол коррекции ошибок.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 10 Аппаратные средства и протоколы обмена информацией (3) Поскольку сеть объединяет компьютеры различных типов, работающие в разнородных ОС, важнейшим моментом при организации сети является система протоколов. Протокол  совокупность правил, согласно которым компьютеры взаимодействуют между собой. Различные компьютеры сети могут использовать совершенно разные программные средства, лишь бы пересылаемые данные соответствовали правилам протоколов. Международный стандарт OSI/ISO (OSI - Open Systems Interconnect, ISO  название международной организации по стандартизации) предусматривает 7 уровней протоколов, в числе которых отметим протоколы сетевого уровня, обеспечивающие сетевые режимы передачи данных, транспортные протоколы, отвечающие за обмены между разными хост-машинами сети.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 11 Семи уровневая модель OSI Обеспечивает пользовательский интерфейс Представление данных, управление процессами Разделение данных разных приложений Обеспечение надежной доставки Обеспечение логической адресации Разделение пакетов на байты и объединение байтов в кадры Перемещение битов данных между устройствами Уровень приложений Уровень представлений Сеансовый уровень Транспортный уровень Сетевой уровень Канальный уровень Физический уровень

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 12 Маршрутизаторы Важную роль в глобальных сетях играют, маршрутизаторы (роутеры – англ. Router)  мощные компьютеры или специализированные интеллектуальные устройства, соединяющие между собой различные сети или участки сети. Иногда маршрутизатором называют и программу, функционирующую на сетевом компьютере.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 13 Электронная почта Исторически первый и наиболее распространенный вид работы в телекоммуникационных сетях  межперсональный обмен текстовыми сообщениями, известный под названием «электронная почта» (или E-mail). Преимущества электронной почты над обычной велики: многократно большая скорость доставки информации, компьютерная подготовка сообщений, передача информации в виде, допускающем последующую ее компьютерную обработку получателем (редактирование, помещение в различные документы, базы данных и т.д.).

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 14 Электронная почта (2) Система электронной почты организуется как совокупность региональных узловых станций, периодически связывающихся друг с другом для обмена корреспонденцией, для чего могут использоваться различные каналы связи. Для того, чтобы попасть с машины А на машину В, сообщение может проходить через несколько промежуточных узлов. На каждом узле работают специальные программы, которые получают сообщение и разбираются, куда его отправлять дальше.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 15 Электронная почта (3) Абоненты электронной почты обслуживаются «электронными узлами связи». Каждый пользователь имеет свой почтовый ящик с уникальным адресом. Все письма, посланные по этому адресу, попадают в почтовый ящик пользователя. Пользователь может просмотреть, уничтожить или сохранить письма. Естественно, любой пользователь может послать письмо по любому адресу или сразу по нескольким адресам.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 16 Электронная почта (4) В отличие от других способов обмена информацией между ЭВМ, система электронной почты дает возможность обмена информацией с любой удаленной машиной при фактической связи только с ближайшим узлом системы. Послание хранится на сервере получателя до того момента, когда он выйдет на связь. При этом, может возникнуть значительная транспортная задержка: от нескольких часов до нескольких суток.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 17 On-line Internet

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 18 Адресация и виды информации в Internet По данным на 1995 г. через Internet связано более 5 млн. компьютеров, и число их очень быстро растет. Internet поддерживает все существующие виды работ, возможных в телекоммуникационных сетях. Эта суперсеть, охватившая весь мир, представляет из себя совокупность многих (более 2000) сетей, поддерживающих единый протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 19 Адресация и виды информации в Internet (2) Основой Internet является система IP-адресов. Каждый компьютер, включенный в Internet (а точнее каждый сетевой интерфейс) получает уникальный в рамках всего Internet адрес (адресами ведают национальные комитеты Internet). IP-адрес  это 4-байтовая последовательность, каждый байт записывается в виде десятичного числа. Например, 195.19.19.19  адрес одной из машин Воронежского государственного педагогического университета.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 20 Адресация и виды информации в Internet (3) IP-адрес состоит из двух частей: адрес сети номер хоста. Под хостом следует понимать не только компьютер в сети, но и вообще любое устройство, которое имеет свой сетевой интерфейс. Существует несколько классов IP-адресов. Адреса класса А предназначены для использования в больших сетях общего пользования. Адреса класса В предназначены для использования в сетях среднего размера. Адреса класса С предназначены для использования в сетях с небольшим числом компьютеров.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 21 Классы IP-адресов Протокол IP описывает три основные компоненты IP-технологии: формат IP-пакета, формат IP-адреса, способ маршрутизации IP-пакетов.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 22 Структура IP-пакета

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 23 Структура IP-пакета (2) Поле версия принимает значение «4». Сам заголовок, включая необязательные опции и символы заполнения, имеет длину, равную значению поля длина IP-заголовка. Поле тип сервиса определяет способ обслуживания пакета в конкретных сетях и, главным образом, связано с возможностью задержки (delay) пакета в сети. Поле общая длина определяет длину IP-пакета без заголовка. Поле идентификация предназначено для помощи при «сборке» сообщения. Поле флаги определяет место датаграммы в сообщении.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 24 Структура IP-пакета (2) Поле смещение фрагмента определяет смещение датаграммы относительно начала сообщения. Поле время жизни предназначено для определения срока, после которого пакет должен быть удален из сети. Поле протокол определяет тип датаграммы. Поле контрольная сумма служит для идентификации повреждений пакета при передаче. Поле адрес получателя - IP-адрес места назначения. Поле адрес отправителя - IP-адрес отправителя. Опции могут иметь переменную длину и обычно применяются для трассировки пакетов, обеспечения безопасности. Заполнитель применяется для выравнивания заголовка на 32-битовую границу.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 25 DNS адрес Числовая адресация неудобна для использования ее человеком – в сети Internet числовым адресам ставятся в соответствие буквенные доменные. Поддержка доменных адресов производится с помощью DNS (Domain Name System) - серверной программы, которая обеспечивает поиск доменных имен и IP-адресов узлов сети в зоне ответственности сервера, устанавливает между ними соответствие.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 26 Доступ к информации в Internet Система файловых архивов FTP  это огромное распределенное хранилище всевозможной информации, накопленной за последние 10-15 лет в Сети. Любой пользователь может воспользоваться услугами анонимного доступа к этому хранилищу и скопировать интересующие его материалы. Объем программного обеспечения в архивах FTP составляет терабайты информации.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 27 Доступ к информации в Internet (2) «Мировая паутина» WWW (от английских слов World Wide Web - «Мировая паутина»)  это распределенная информационная система мультимедиа, основанная на гипертексте. Информация хранится в ней на огромном множестве объединенных в сеть серверов  компьютерах с соответствующим программным обеспечением. Пользователи, или клиенты, имеющие доступ к сети, могут получать эту информацию, используя специальное программное обеспечение - программы просмотра WWW-документов. Информация представлена в виде документов, которые содержат ссылки на другие документы, хранящиеся как на том же самом сервере, так и на других, т.е. образует гипертекст.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 28 Язык разметки гипертекстов html Документы, хранящиеся на WWW, подготавливаются на специальном языке HTML (Hypertext Markup Language - «Язык разметки гипертекстов»). Кроме самого текста в документах имеются флаги разметки, которые интерпретируются клиентской программой просмотра (броузером) и позволяют воспринимать документ именно как гипертекст. Любой гипертекст похож на книгу и может быть разбит на отдельные структурные элементы: собственно текст; главы, параграфы, пункты, подпункты; абзацы.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 29 Программа-оболочка Internet Explorer Одним из самых популярных в настоящее время броузеров - программ для просмотра документов WWW-серверов - является Internet Explorer, программа, разработанная компанией Microsoft и включенная ею в состав операционной системы Windows В окне Internet Explorer отображается HTML-документ, полученный из Internet или загруженный из файла. Навигация (перемещение) по такому документу осуществляется с помощью ссылок.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 30 Топологии сетей Термин «топология», или «топология сети», характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология — это стандартный термин, который используется профессионалами при описании основной компоновки сети.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 31 Физическая и логическая топологии Следует отметить, что термин топология может употребляться для обозначения двух понятий – физической топологии и логической топологии. Физическая топология – способ физического соединения компьютеров с помощью среды передачи, например, участками кабеля. Логическая топология определяет маршруты передачи данных в сети. Во многих случаях, физическая топология однозначно определяет логическую топологию. Однако существуют такие конфигурации, в которых логическая топология отличается от физической. Например, сеть с физической топологией «звезда» может иметь логическую топологию «шина» – все зависит от того, каким образом устроен сетевой концентратор.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 32 Топологии сетей Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель. Просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, не достаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров. Каждая топология сети налагает ряд условий.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 33 Топологии сетей. Базовые топологии Топология может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки. Топология может также определять способ взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют различные методы взаимодействия, и эти методы оказывают большое влияние на сеть. Все сети строятся на основе трех базовых топологий: шина (bus); звезда (star); кольцо (ring).

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 34 Базовые топологии Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля [сегмента (segment)], топология называется шиной. В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора, топология называется звездой. Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо, такая топология носит название кольца. Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 35 Шина Топологию «шина» часто называют «линейной шиной» (linear bus). Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 36 Шина Отражение сигнала Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети -- от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить. Терминатор Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы (terminators), поглощающие эти сигналы. Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру или к баррел-коннектору — для увеличения длины кабеля. К любому свободному — неподключенному — концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 37 Нарушение целостности сети Разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети. Сеть «падает». Сами по себе компьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 38 Звезда При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 39 Звезда В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованны. Но есть и недостаток: так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети. А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 40 Кольцо При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 41 Кольцо. Передача маркера Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера. Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который «хочет» передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает электронный адрес в данные и посылает их по кольцу.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 42 Кольцо Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных. После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приёма данных. Получим подтверждение, передающий компьютер создаёт новый маркер и возвращает его в сеть. На первый взгляд кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается приктически со скоростью света. В кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 10 000 оборотов в секунду.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 43 КОМБИНИРОВАННЫЕ ТОПОЛОГИИ Локальные сети при разработке, как правило, имеют симметричную топологию, глобальные—неправильную.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 44 Звезда-Шина 1. «Звезда-Шина» - несколько сетей с топологией звезда объединяются при помощи магистральной линейной шины.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 45 2. Древовидная структура

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 46 3. «Каждый с каждым»

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 47 4. Пересекающиеся кольца

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 48 5. «Снежинка»

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 49