Лекция 3. Сетевые технологии. Типы сетей. Топологии

Лекция 3. Сетевые технологии. Типы сетей. Топологии сетей. 1

Компьютерная сеть или сеть передачи данных представляет собой некоторую совокупность узлов (компьютеров, рабочих станций или других устройств), соединенных коммуникационными каналами, а также набор оборудования, обес печивающего соединение станций и передачу между ними информации. Сетевая архитектура – это совокупность сетевых аппаратных и программных решений, методов доступа и протоколов обмена информацией. 2

Многотерминальные системы - прообраз сети По мере удешевления процессоров в начале 60 х годов появились новые способы организации вычислительного процесса, которые позволили учесть интересы пользователей. Начали развиваться интерактивные многотерминальные системы разделения времени. В таких системах каждый пользователь получал собственный терминал, с помощью которого поддерживался интерфейс с компьютером. Количество одновременно работающих с компьютером пользователей зависело от его мощности, а время реакции вычислительной системы было достаточно мало, и пользователю была не слишком заметна параллельная работа с компьютером других пользователей. 3

Рисунок – Многотерминальная система 4

Появление первых локальных сетей В начале 70 х годов, в результате технологического прорыва в области произ водства компьютерных компонентов появились большие интегральные схемы (БИС). Их сравнительно невысокая стоимость и хорошие функциональные возможности привели к созданию мини компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. Эмпирический закон Гроша перестал соответство вать действительности, так как десяток мини компьютеров, имея ту же стои мость, что и мэйнфрейм, решали некоторые задачи существенно быстрее. 5

Рисунок – Автономное использование нескольких мини компьютеров на одном предприятии 6

Со временем потребности пользователей вычислительной техники росли. Их уже не удовлетворяла изолированная работа на собственном компьютере, им хо телось в автоматическом режиме обмениваться компьютерными данными с поль зователями других подразделений. Ответом на эту потребность стало появление первых локальных вычислительных сетей (рис. ). Рисунок – Применения устройства сопряжения для объединения отделов 7

Локальные сети (Local Area Networks. LAN ) – это объединения компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории, обычно в радиусе не более 1 2 км, хотя в отдельных слу чаях локальная сеть может иметь и более протяженные размеры, например, несколько десятков километров. В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Сетевая технология – это согласованный набор программных и аппаратных средств (например, драйверов, сетевых адаптеров, кабелей и разъемов) и механизмов передачи данных по линиям связи, достаточный для построения вычислительной сети. 8

Классификация компьютерных сетей По технологии передачи данных сети делятся на два типа: вещание (или соединение один – ко многим). При вещании сообщение, отправленное одним компьютером, по лучают все компьютеры сети; соединение точка-точка. Соединение точка подразумевает использование индивидуального канала связи для обменивающихся информацией компьютеров. По принципу организации обмена данными между абонентами различают сети, основанные на коммутации: каналов; сообщений; пакетов. 9

По территориальной распространенности сети могут быть: локальные, кампусные, городские, глобальные. Кампусная сеть – (от англ. campus – университет, территория университета) сеть, охватывающая территорию университета или студенческого городка. В России аналогом кампусной сети можно рассматривать домовую сеть, объединяющую несколько соседних домов; Городская сеть ( Metropolitan Area Network – MAN ) объединяет компьютеры на территории городского района или всего города целиком; Глобальная сеть (Wide Area Network – WAN) – совокупность сетей, объединяющих территориально рассредоточенные компьютеры, находящиеся в различных городах и странах. 10

По скорости передачи данных сети делятся на: • низкоскоростные (до 10 Мбит/с); • среднескоростные (до 100 Мбит/с); • высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с). По принципу организации иерархии компьютеров сети бывают одноранговые и с выделенным сервером. Сервер (от англ. server – служащий, служитель) – это некий объект, предоставляющий другим объектам, обычно называемым клиентами, некоторые услуги. В одноранговых сетях все компьютеры имеют одинаковые, равные права (ранги). В сетях с выделенным сервером различают две архитектуры использования сервера: • файл-сервер – данные и программы по требованию пользователя пересылаются с сервера ему на компьютер, являющийся клиентом, где могут быть выполнены и обработаны; • клиент-сервер – выполнение программ и обработка данных происходят на сервере по запросу пользователя, компьютер клиент которого получает только результаты запроса. 11

Топологии компьютерных сетей При организации компьютерной сети исключительно важным является выбор топологии , т. е. компоновки сетевых устройств и кабельной инфраструктуры. Базовые сетевые топологии 1. «Шина» (Bus) В этой топологии все компьютеры соединяются друг с другом одним кабелем (рис. ). Посланные в такую сеть данные передаются всем компьютерам, но обрабатывает их только тот компьютер, аппаратный МАС адресс сетевого адаптера которого записан в кадре как адрес получателя. Рисунок – Сеть с топологией «шина» 12

Недостатки топологии шина: 1. Такие сети трудно расширять (увеличивать число компьютеров в сети и количество сегментов – отдельных отрезков кабеля, их соединяющих); 2. Поскольку шина используется совместно, в каждый момент времени передачу может вести только один из компьютеров; 3. «Шина» является пассивной топологией – компьютеры только «слушают» кабель и не могут восстанавливать затухающие при передаче по сети сигналы; 3. Надежность сети с топологией «шина» невысока. 13

2. «Кольцо» ( Ring ). В данной топологии каждый из компьютеро соединяется с двумя другими так, чтобы от одного он получал информацию, а второму – передавал ее (рис. ). Последний компьютер подключается к первому, и кольцо замыкается. 14 Рисунок – Сеть с топологией «кольцо»

Преимущества топологии кольцо: • Поскольку у кабелей в этой сети нет свободных концов, терминаторы здесь не нужны; • Каждый из компьютеров выступает в роли повторителя, усиливая сигнал, что позволяет строить сети большой протяженности; • Из за отсутствия столкновений топология обладает высокой устойчивостью к перегрузкам, обеспечивая эффективную работу с большими потоками передаваемой по сети информации. Недостатки топологии кольцо: • Сигнал в «кольце» должен пройти последовательно (и только в одном направлении); • Подключение к сети нового компьютера часто требует ее остановки, что нарушает работу всех других компьютеров; • Выход из строя хотя бы одного из компьютеров или устройств нарушает работу всей сети; • Обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной; • Чтобы избежать остановки работы сети при отказе компьютеров или обрыве кабеля, обычно прокладывают два кольца, что существенно удорожает сеть. 15

3. Топология «звезда-шина» (Star Bus) Рисунок – Сеть с топологией «звезда шина» 16

Преимущества сетей типа «звезда-шина» : • Надежность – подключение к центральному концентратору и отключение компьютеров от него никак не отражается на работе остальной сети; обрывы кабеля влияют только на единичные компьютеры; терминаторы не требуются; • Легкость при обслуживании и устранении проблем – все компьютеры и сетевые устройства подключаются к центральному соединительному устройству, что существенно упрощает обслуживание и ремонт сети; • Защищенность – концентрация точек подключения в одном месте позволяет легко ограничить доступ к жизненно важным объектам сети. 17

Другие возможные сетевые топологии Рисунок – Сеть с топологией «Дерево» 18

Рисунок – Сеть с «сетчатой» топологией 19

Глобальная сеть Интернет Что такое Интернет? Inter. Net inter – "между" net, network – "сеть" Интернет – это глобальная сеть, объединяющая компьютерные сети. Каналы связи: q кабельные q оптоволоконные q спутниковая радиосвязь Провайдер – это фирма, предоставляющая конечным пользователям выход в Интернет через её локальную сеть. 20

Подключение к Интернету провайдер спутниковый или роутер оптоволоконный канал связи с хаб сервером модем Интернета ADSL-модем выделенная телефонная станция линия разделитель частот (сплиттер) ADSL-модем dial-up модем ADSL 21

Как возник Интернет? 1958 Создание ARPA (Advanced Research Project Agency) в США. 1960 -е Проект компьютерной сети ARPANet • в сети нет единого центра – живучесть; • при подключении новой сети не требуется ее переделка; • связь между сетями через специальные узлы – шлюзы; • пакетный обмен данными; 1968 Первая сеть нового типа из 4 -х компьютеров. 1972 В сети – 50 университетов и лабораторий. 1974 Разработка протокола обмена данными TCP/IP Первые службы: • Tel. Net – удаленное управление компьютером в режиме командной строки • FTP (File Transfer Protocol) – прием и передача файлов • Электронная почта (e-mail, electronic mail) – обмен сообщениями 22

Как возник Интернет? 1982 Европейская UNIX-сеть (до этого – США, Канада, Англия) 1983 Сеть разделена на две части: • Mil. Net – для военных целей США • Internet – общедоступная сеть 1984 Система доменных имен (DNS) (адреса вида www. mail. ru) 1989 В Интернете 100 000 компьютеров. 1991 Разработка WWW (World Wide Web) – Т. Бернес-Ли, обмен информацией в виде гипертекста 1991 Россия подключилась к Интернету. 1994 Первые Интернет-магазины. 2000 Более 20 млн сайтов. 23

Возможности Интернета (службы, сервисы) q WWW (World Wide Web) – гипертекстовые документы Гипертекст – это текст, в котором каждое слово или словосочетание может быть активной ссылкой на другой документ Гипермедиа – документы с активными ссылками, содержащие текст, рисунки, звук, видео. q Электронная почта (e-mail) q FTP (обмен файлами) q Форумы (группы новостей, конференции, телеконференции) q Подписка на новости q Поисковые системы q Чаты (chat – болтовня) q Личное общение в реальном времени § ICQ (I Seek You) – разговор 1 -1, в группе, обмен файлами q Интернет-телефон § Skype + колонки + микрофон 24

Протоколы Интернета Протокол – это набор соглашений и правил, определяющих порядок обмена информацией в компьютерной сети. Протокол TCP/IP (1974) q. TCP (Transmission Control Protocol) § файл делится на пакеты размером не более 1, 5 Кб § пакеты передаются независимо друг от друга § в месте назначения пакеты собираются в один файл q. IP (Internet Protocol) § определяет наилучший маршрут движения пакетов 25

Протоколы служб Интернета q HTTP (Hyper. Text Transfer Protocol) – служба WWW q FTP (File Transfer Protocol) – служба FTP q SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – отправка сообщений электронной почты q POP 3 (Post Office Protocol) – прием сообщений электронной почты (требуется пароль) HTTP FTP SMTP POP 3 TCP/IP ! Все протоколы служб основаны на TCP/IP!

IP-адреса 0. . 255 IP-адрес: 193. 162. 230. 115 номер сети + номер w. x. y. z компьютера в сети Класс Номер Число w Число сетей сети компьютера компьютеров A 1. . 126 w x. y. z 126 16777214 B 128 -191 w. x y. z 16384 65534 C 192 -223 w. x. y z 2097151 254 Классы D и E используются для служебных целей.

Доменные адреса Домен – это группа компьютеров, объединенных по некоторому признаку. www. qqq. microsoft. ru домен 4 -ого домен 3 -ого домен 2 -ого домен 1 -ого уровня Домены 1 -ого уровня (доменные зоны) Вид организации Страна . com коммерческие организации . ru Россия . edu образование . ua Украина . gov правительство США . by Белоруссия . mil военные ведомства США . uk Великобритания . org, . net разные организации . it Италия . info информационные сайты . jp Япония . biz бизнес . cn Китай

Преобразование адресов DNS (Domain Name Service) – служба доменных имен, которая преобразует доменный адрес в IP-адрес. www. google. com DNS-сервер q запрос серверу DNS для получения 193. 123. 85. 210 IP-адреса сайта www. google. com q ожидание ответа q запрос Web-страницы по полученному IP-адресу 66. 102. 9. 47

Адрес документа в Интернете URL (Uniform Resource Locator) – универсальный адрес документа в Интернете. http: // www. vasya. ru / images/new/ qq. jpg протокол адрес сайта каталог (папка) имя файла главная страница сайта: http: // www. vasya. ru index. html, index. htm ftp: // files. vasya. ru / pub / download / qq. zip файл на FTP-сервере 30

Задания для самостоятельного изучения • Общие принципы построения сетей; • Развитие, топология и архитектура с глобальной сети Интернет; • Примеры сетевых топологий; • Характеристика компьютерных сетей. 31