Компьютерные коммуникации Локальные и глобальные компьютерные сети

Компьютерные коммуникации Локальные и глобальные компьютерные сети

Начало (ARPANET) Когда 4 октября 1957 г. в СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, президент США Эйзенхауэр созвал американских ученых, чтобы они объяснили Белому дому, как обеспечить превосходство США в науке и техническом развитии. Ученые предложили создать новую структуру внутри Министерства обороны, которая стала бы финансировать перспективные научные проекты. Было организовано новое агентство – Advanced Research Projects Agency (ARPA). Перед ним была поставлена задача заниматься космической проблематикой. Это агентство и стало генератором идей, приведших через десятилетие с лишним к созданию сети ARPANET, а затем ко всему последующему сетевому буму.

n В 1961 г. работу, посвященную коммутации пакетов и послужившую темой для будущей диссертации опубликовал в Массачусетском технологическом институте Леонард Клейнрок (Leonard Kleinrock); это было первое упоминание о коммутации пакетов. Смысл этой технологии заключался в том, что при передаче информации на неопределенно большое расстояние в течение неопределенно большого времени через неопределенное количество промежуточных узлов блок передаваемого сообщения должен быть заключен в капсулу, содержащую все необходимые сведения о сообщении, чтобы любой промежуточный узел мог определить его дальнейшее направление, а приемный узел - принять и проверить целостность.

Рождение архитектуры n В августе 1964 г. Пауль Баран (Paul Baran), сотрудник корпорации RAND, опубликовал меморандум "On Distributed Communications: IX Security, Secrecy, and Tamper- Free Considerations", где впервые высказал идею построения распределенной сети передачи данных, не имеющей управляющего центра. Работы выполнялись по заказу ВВС США. Пауль Баран

n Рис. 1 Возможные архитектуры сети передачи данных

Рождение концепции n В 1962 г. ARPA создало новый департамент технологий обработки информации (Information Processing Techniques Office, IPTO), которому было поручено изучить технологии контроля и управления. Этот департамент и руководил работами в области компьютерных наук. Первым директором IPTO был психолог, специалист по поведению человека, сотрудник Массачусетского технологического института по имени Джозеф Карл Ликлайдер (Joseph Carl Licklider).

n ARPANET, по-началу, была "без форм и оболочки". Заслуга Ликлайдера заключалась, прежде всего, в том, что он первоначально сформулировал концепцию сети как средство коммуникации людей посредством передачи информации. "Идет превращение компьютера из арифметического процессора в средство общения. Компьютерная индустрия (производящие компании, университеты) смотрит на компьютер как на арифметическую машину. Это отражается на их проектах, это стоит в основе разработок. Мы должны изменить это представление — и тогда назначение компьютера изменится". n Ликлайдер обуславливал свою историческую миссию, понимая, что, изменив представление о компьютере, мы откроем его новые возможности. Ликлайдер развивал разработки в ARPANET не для немедленной выгоды, даже не для конкретной задачи соединения подразделений Министерства обороны США, а как перспективную технологию, нацеленную в будущее.

Локальные сети n Первую в мире ЛВС создал в 1967 г. Дональд Дэвис (Donald Davies) в Национальной физической лаборатории Великобритании (British National Physics Laboratory). До этого он принимал участие в экспериментах по созданию цифровых компьютеров и даже возглавлял группу, которая собирала переведенные с русского на английский научные статьи по компьютерной тематике. n Первая ЛВС Ethernet, созданная Бобом Меткалфом и Дэвидом Боггсом в исследовательском центре PARC (Palo Alto Research Centre) фирмы Xerox, работала со скоростью 2, 944 Мбит/с и соединяла друг с другом два компьютера. Эти компьютеры имели собственные имена "Майкельсон" и "Морли" - по имени двух ученых (Michelson и Morley) XIX века, доказавших, что "эфира" (ether) не существует.

Топология локальных сетей б в а г д е а - полносвязная топология; г - топология звезда; б - ячеистая топология; д - иерархическая звезда ; в - общая шина е - топология кольцо.

n Полносвязная топология (а) соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при небольшом количестве компьютеров. n Ячеистая топология (б) получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна для глобальных сетей. n Общая шина (в) была очень распространенной топологией для локальных сетей. В этом случае компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю по схеме «монтажного ИЛИ» . Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. n Топология звезда (г). В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной - существенно большая надежность. n Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда (д). В настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях. n В сетях с кольцевой конфигурацией (е) данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои» , то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями.

n В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию - звезда, кольцо или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией

n Сеть обеспечивает обмен информацией и ее совместное использование (разделение). Компьютерные сети делят на локальные (ЛВС, Local Area Network, LAN), представляющие собой группу близко расположенных компьютеров, связанный между собой, и распределенные (глобальные, Wide Area Networks, WAN). Соединенные в сеть компьютеры обмениваются информацией и совместно используют периферийное оборудование и устройства хранения информации.

Линии связи Телефонный кабель Витая пара Радиоканалы (Wi-Fi Технологию назвали Wireless-Fidelity (дословно «беспроводная точность» ) по аналогии с Hi-Fi. Wi. MAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Оптоволокно Коаксиальный кабель

n Волоко нно-опти ческая связь — вид проводной электросвязи, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического (ближнего инфракрасного) диапазона, а в качестве направляющих систем — волоконно-оптические кабели. Благодаря высокой несущей частоте и широким возможностям мультиплексирования, пропускная способность волоконно-оптических линий многократно превышает пропускную способность всех других систем связи и может измеряться терабитами в секунду. Малое затухание света в оптическом волокне обуславливает возможность применения волоконно- оптической связи на значительных расстояниях без использования усилителей. Волоконно-оптическая связь свободна от электромагнитных помех и недоступна для несанкционированного использования — перехватить сигнал, передаваемый по оптическому кабелю, невозможно.

Коаксиа льный ка бель n Коаксиа льный ка бель (коаксиальная пара) — Пара, проводники которой расположены соосно и разделены изоляцией. n Коаксиа льный ка бель (от лат. co — совместно и axis — ось, то есть «соосный» ), также известный как коаксиал (от англ. coaxial), — электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана и служащий для передачи высокочастотных сигналов.

n Вита я па ра (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения связи проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем.

Сетевые адаптеры n Платы сетевого адаптера (СА) выступают в качестве физического интерфейса, или соединения, между компьютером и сетевым кабелем. Платы вставляются в слоты расширения материнской платы всех сетевых компьютеров и серверов или интегрируются на материнскую плату. Для обеспечения физического соединения между компьютером и сетью к разъему платы подключается сетевой кабель.

Сетевые адаптеры n MAC-адрес (от англ. Media Access Control — управление доступом к среде) — это уникальный идентификатор, сопоставляемый с различными типами оборудования для компьютерных сетей.

IP-адреса адаптеров в сети n IP-адрес (ай-пи адрес, сокращение от англ. Internet Protocol Address) — сетевой адрес узла в компьютерной сети, построенной по протоколу IP. n IP адрес представляет собой 32 -битовое двоичное число. Удобной формой записи IP- адреса (IPv 4) является запись в виде четырёх десятичных чисел (от 0 до 255), разделённых точками, например, 192. 168. 0. 1.

n Четыре числа в IP-адресе называются октетами, поскольку в каждом из них при двоичном представлении имеется восемь разрядов: 4 • 8=32. Так каждая из восьми позиций может иметь два различных состояния: 1 или 0, общий объем возможных комбинаций составляет 28 или 256, т. е. каждый октет может принимать значения от 0 до 255. Комбинация четырех октетов дает 232 значений, т. е. примерно 4, 3 млрд. комбинаций, за исключением некоторых зарезервированных адресов.

Доменные имена n На ранней стадии своего развития Интернет состоял из небольшого количества компьютеров, объединенных модемами и телефонными линиями. Тогда пользователи могли установить соединение с компьютером, набрав цифровой адрес, например 163. 25. 51. 132. Это было удобно, пока компьютеров было мало. По мере увеличения их количества цифровые имена стали заменять текстовыми, потому что текстовое имя проще запомнить, чем цифровое. DNS была описана Полом Мокапетрисом (Paul Mockapetris ) в 1984 г. в Висконсинском университете США была создана так называемая DNS-система (Domain Name System), которая автоматически устанавливала соответствие между текстовыми именами и IP-адресами. Вместо чисел была предложена ставшая сегодня для нас привычной запись типа www. myname. gorod. ru

Развитие сетей n Первый сервер ARPANET был установлен 1 сентября 1969 года в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Компьютер «Honeywell 516» имел 12 килобайт оперативной памяти. n К 1971 году была разработана первая программа для отправки электронной почты по сети, программа сразу стала очень популярна. n В 1973 году к сети были подключены через трансатлантический телефонный кабель первые иностранные организации из Великобритании и Норвегии, сеть стала международной. n В 1970 -х годах сеть в основном использовалась для пересылки электронной почты, тогда же появились первые списки почтовой рассылки, новостные группы и доски объявлений. Однако в то время сеть ещё не могла легко взаимодействовать с другими сетями, построенными на других технических стандартах. К концу 1970 -х годов начали бурно развиваться протоколы передачи данных, которые были стандартизированы в 1982— 1983 годах. n 1 января 1983 года сеть ARPANET перешла на протокол TCP/IP, который успешно применяется до сих пор. Именно в 1983 году термин «Интернет» закрепился за сетью ARPANET. n В 1984 году была разработана система доменных имён (англ. Domain Name System, DNS).

n В 1988 году был изобретён протокол Internet Relay Chat (IRC), благодаря чему в Интернете стало возможно общение в реальном времени (чат). n В 1989 году в Европе, в стенах Европейского совета по ядерным исследованиям (фр. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN) родилась концепция Всемирной паутины. Её предложил знаменитый британский учёный Тим Бернерс-Ли, он же в течение двух лет разработал протокол HTTP, язык HTML и идентификаторы URI. n В 1990 году сеть ARPANET прекратила своё существование, полностью проиграв конкуренцию NSFNet. В том же году было зафиксировано первое подключение к Интернету по телефонной линии (т. н. «дозво н» англ. Dial-up access). n В 1991 году Всемирная паутина стала общедоступна в Интернете, а в 1993 году появился знаменитый веб- браузер NCSA Mosaic, Всемирная паутина набирала популярность.

Ключевые принципы Интернета n Интернет состоит из многих тысяч корпоративных, научных, правительственных и домашних сетей. Объединение сетей разной архитектуры и топологии стало возможно благодаря протоколу IP (англ. Internet Protocol) и принципу маршрутизации пакетов данных. n На стыках сетей маршрутизаторы (программные или аппаратные) занимаются сортировкой и перенаправлением пакетов данных, исходя из IP-адресов получателей этих пакетов. Протокол IP образует единое адресное пространство в масштабах всего мира, но в каждой отдельной сети может существовать и собственное адресное подпространство, которое выбирается исходя из класса сети. Такая организация IP-адресов позволяет маршрутизаторам однозначно определять дальнейшее направление для каждого мельчайшего пакета данных. В результате между отдельными сетями Интернета не возникает конфликтов, и данные беспрепятственно и точно передаются из сети в сеть по всей планете.

ВСЕМИРНАЯ ПАУТИНА n World Wide Web, HTML, браузеры. Понятие URL. Навигация в WWW. n Основные поисковые системы. n Перспективы развития Internet.

Распределенная информационная система: n информация хранится на огромном множестве так называемых WWW-серверов (servers). то есть компьютеров, на которых установлено специальное программное обеспечение и которые объединены в сеть Internet. Пользователи, имеющие доступ к сети, получают эту информацию при помощи программ-клиентов (clients), называемых программами просмотра WWW-документов (WWW-browsers). При этом программа просмотра посылает по компьютерной сети запрос серверу, хранящему файл с необходимым документом. В ответ на запрос сервер высылает программе просмотра этот требуемый файл или сообщение об отказе, если файл по тем или иным причинам недоступен. Взаимодействие клиент-сервер происходит по определенным правилам, или, как говорят иначе, протоколу. Протокол, принятый в WWW, называется Hyper. Text Transfer Protocol, сокращенно - HTTP.

Глобальный гипертекст: n информация в WWW представляется в виде документов, каждый из которых может содержать как внутренние перекрестные ссылки, так и ссылки на другие документы, хранящиеся на том же самом или на любом другом сервере. Такие ссылки называют гиперссылками (hyperreferences) или гиперсвязями (hyperlinks). На экране компьютера в окне программы просмотра ссылки выглядят как выделенные каким-либо образом (например, другим цветом и/или подчеркиванием) участки текста или графики. Выбирая гиперссылки, пользователь программы просмотра может быстро перемещаться от одной части документа к другой, или же от одного документа к другому. При необходимости программа просмотра автоматически связывается с соответствующим сервером в сети и запрашивает документ, на который сделана ссылка.

Hyper. Text Markup Language (HTML), n WWW-документ может содержать стилизованный и форматированный текст, графику и гиперсвязи с различными ресурсами Internet. Чтобы реализовать все эти возможности, был разработан специальный язык, названный Hyper. Text Markup Language (HTML), то есть, Язык Разметки Гипертекста. Документ, написанный на HTML, представляет собой текстовый файл, содержащий собственно текст, несущий информацию читателю, и флаги разметки (markup tags). Последние представляют собой определенные стандартом HTML последовательности символов, являющиеся инструкциями для программы просмотра; согласно этим инструкциям программа располагает текст на экране, включает в него рисунки, хранящиеся в отдельных графических файлах, и формирует гиперсвязи с другими документами или ресурсами Internet. Таким образом, файл на языке HTML приобретает облик WWW-документа только тогда, когда он интерпретируется программой просмотра.

HTTP n HTTP (англ. Hyper. Text Transfer Protocol — «протокол передачи гипертекста» ) — протокол прикладного уровня передачи данных (изначально — в виде гипертекстовых документов). Основой HTTP является технология «клиент-сервер» , то есть предполагается существование потребителей (клиентов), которые инициируют соединение и посылают запрос, и поставщиков (серверов), которые ожидают соединения для получения запроса, производят необходимые действия и возвращают обратно сообщение с результатом. HTTP в настоящее время повсеместно используется во Всемирной паутине для получения информации с веб-сайтов.

FTP n FTP (англ. File Transfer Protocol — протокол передачи файлов) — протокол, предназначенный для передачи файлов в компьютерных сетях. FTP позволяет подключаться к серверам FTP, просматривать содержимое каталогов и загружать файлы с сервера или на сервер; кроме того, возможен режим передачи файлов между серверами. n FTP является одним из старейших прикладных протоколов, появившимся задолго до HTTP, в 1971 году. До начала 90 -х годов на долю FTP приходилось около половины трафика в сети

Браузер n Веб-обозреватель или бра узер (из англ. Web browser, по-русски также — бро узер) — это программное обеспечение для просмотра веб- сайтов, то есть для запроса вебстраниц из Паутины, для их обработки и вывода, и для реализации перехода от одной страницы к другой. n Большинство браузеров также наделены способностями к просмотру оглавления FTP-серверов. n Браузеры постоянно развивались со времён зарождения Всемирной паутины, и с её ростом становились всё более важной программой типичного персонального компьютера. Ныне браузер — комплексное приложение для обработки и вывода разных составляющих веб- страницы, и для предоставления интерфейса между веб-сайтом и его посетителем. Практически все популярные браузеры распространяются бесплатно или «в комплекте» с другим приложением: Internet Explorer (как часть Windows), Mozilla Firefox (свободное ПО), Opera (бесплатно, начиная с версии 8. 50), Safari (как часть Mac OS).

Понятие URL n Как в WWW задается местонахождение документа? n Виртуальный мир WWW населен миллионами документов, обитающих на сотнях тысяч серверов. Задача WWW- путешественника - найти среди них тот, который содержит необходимую информацию, и прочитать его при помощи программы просмотра, - а для этого программа просмотра должна знать точное местонахождение данного документа. Оно однозначно определяется адресом сервера, номером порта, именем директории и именем файла с этим документом. Для успешной загрузки требуемого документа с сервера программе просмотра также нужно указать протокол, используемый этим сервером. Это связано с тем, что кроме WWW-серверов, программы просмотра могут обращаться к серверам пересылки файлов (так называемым FTP-серверам), серверам телеконференций, серверам электронной почты и некоторым другим типам серверов. Комбинация протокола, адреса сервера, номера порта, имени директории и имени файла получила название Uniform Resource Locator, или сокращенно URL. Синтаксис URL показан ниже: n протокол: //адрес_сервера: номер_порта/имя_директо рии/имя_файла

n Первая часть URL соответствует используемому протоколу доступа, например HTTP: // (протокол передачи гипертекста), n FTP: // (File Transfer Protocol — протокол передачи файлов) и т. д.

n Рассмотрим составляющие URL на конкретном примере: http: //www. asu. ru/ Протокол, как уже было сказано выше, это совокупность правил, по которым происходит взаимодействие клиент-сервер. Название протокола отделяется от остальной части URL двоеточием. В названии протокола прописные латинские буквы и соответствующие им строчные буквы эквивалентны. n Адрес сервера [(address, или host name). Начало адреса отмечается двумя косыми чертами // Он состоит из нескольких частей (не обязательно четырех, как в нашем примере) - так называемых поддоменов (subdomains). Поддомены, представляющие собой сочетания букв и цифр, разделяются точками, причем, "уточнение координат адресата" от более крупных к более мелким поддоменам происходит справа налево. Так же как и в названии протокола, в адресе сервера прописные латинские буквы и соответствующие им строчные буквы эквивалентны. n В приведенном выше примере URL адрес принадлежит WWW-серверу Алтайского государственного университета. Давайте взглянем на него более пристально. n http: //www. asu. ru/ n 3 2 1 n 1. ru - домен верхнего уровня. Он обозначает либо код страны, либо код сети. Часто встречаются также следующие домены верхнего уровня: com - коммерческие организации, net - сетевые службы Internet, org - некоммерческие организации, ru - Россия. n 2. asu. ru - поддомен второго уровня. Имена поддоменов второго уровня утверждаются в соответствии с правилами, выработанными доменами верхнего уровня. В данном случае, аббревиатура asu означает Altai State University. n Заметим, что адреса WWW-серверов довольно часто, но далеко не всегда, начинаются с www.

Ресурсы Интернета По показателю посещаемости наиболее популярным у россиян был Яндекс (62% аудитории Рунета). На втором месте по данному показателю находятся сайты Mail. Ru (51%), Rambler Media (49%), AOL LLC (42 %) и сайты, принадлежащие Google, - 41%. n Первая вики-сеть, «Портлендское хранилище образцов» [программного кода], была создана 25 марта 1995 года программистом Уордом Каннингемом. Слово «wiki» (произносится [ви ки]), точнее — «wiki-wiki» , он заимствовал из гавайского языка, на котором оно означает «быстро» . n Сейчас в Википедии 171 146 статей на русском языке. n География Искусство История Музыка Наука Общество Персоналии Религия Спорт Техника Философия

Аудитория российского Интернета n Исследования «Социо-Интернет-Мониторинг» , проведенные ФОМ в марте 2009 г. (путем массового репрезентативного опроса городского населения РФ от 12 лет и старше, всего 4000 человек) показали, что наблюдается дальнейший рост числа пользователей интернета в России. Согласно новым данным, среди горожан старше 12 -ти ежесуточно в интернет выходит почти четверть (23% или 21, 5 млн человек), раз в неделю – 35% (31, 9 млн человек), раз в месяц – 40% (37, 4 млн). Полугодовая аудитория составляет 40, 3 млн человек (44%). С 23% до 19% понизилось число интернет-пользователей, не имеющих интернета дома. На 5% больше (уже 56%) пользователей подключены по широкополосному каналу.

ПОИСКОВЫЕ СИСТЕМЫ В ИНТЕРНЕТ n Процесс попадания информации о вашем сайте в каталоги и поисковые системы, иногда называемые поисковыми машинами, состоит из нескольких этапов. n Вы вводите данные и описание своего сайта на специальной странице Интернет - каталога или поисковой машины. Специальная программа - робот поисковой машины обращается по указанному вами адресу и просматривает все страницы вашего сайта, анализируя все встреченные на страницах слова, особо отмечая для себя название каждого документа, его описание, заголовки, встречающиеся в тексте, а затем следует дальше по ссылкам к другим документам. n Этот процесс называется индексацией. Программа - робот вернётся на ваш сайт через некоторое время, например, через месяц, чтобы проиндексировать его заново. Если же вы зарегистрировались в Интернет - каталоге, то, как правило, функцию проверки осуществляет человек - сотрудник каталога. Он проверяет, существует ли сайт по указанному вами адресу и соответствует ли он данному вами описанию. Иногда проверяющий сам составляет описание для вашего Web сайта. n Данные о сайте, который вы зарегистрировали, появляются в поисковой машине или Интернет - каталоге. Введя в строку поиска слова, которые встречаются на вашем сайте, в результатах поиска вы можете увидеть ссылку на соответствующие страницы вашего ресурса. В зависимости от популярности поисковика, на котором вы регистрируетесь, от внесения данных до появления информации может пройти от 1 дня, до двух недель.

n САМЫЕ ПОПУЛЯРНЫЕ ПОИСКОВЫЕ СИСТЕМЫ РУНЕТА n Среди поисковых систем лидирующие позиции принадлежат Яндексу. В феврале 2008 г. при помощи этой системы было произведено 47. 4% всех интернет- поисков. n Второе место занял Google - 31. 2%. n Rambler Media -9. 7%. n Mail. Ru - 7%, n Yahoo! - 1. 3%.

Что такое Google? n "Googol (гугол)" – это математический термин, обозначающий единицу со 100 нулями. Этот термин был придуман Милтоном Сироттой, племянником американского математика Эдварда Каснера, и впервые описан в книге Каснера и Джеймса Ньюмена "Математика и воображение" (Mathematics and the Imagination). Использование этого термина компанией Google отражает нашу задачу организовать огромные объемы информации в Интернете.

Лекция закончена