Лекция №14
Компьютерные сети. Электронная почта. Сеть Интернет
План лекции:
Компьютерная сеть. Виды сетей
Базовые сетевые топологии
Сетевые технические средства
Сетевые программные средства
Сетевые технологии
Электронная почта
Сеть INTERNET
Сетью .называется группа соединенных компьютеров и других устройств. А концепция соединенных и совместно использующих ресурсы компьютеров носит название сетевого взаимодействия.
Компьютеры, входящие в сеть могут совместно использовать:
данные;
принтеры;
факсимильные аппараты;
модемы;
другие устройства.
Данный список постоянно пополняется, так как возникают новые способы совместного использования ресурсов.
1. Виды компьютерных сетей.
В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:
локальные сети;
региональные сети;
глобальные сети.
Локальные сети (ЛС) представляющие собой самую элементарную форму сетей, соединяют абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. Каждый ПК в локальной сети называется рабочей станцией или сетевым узлом.
Региональные сети связывают абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, внутри города, экономического района.
Глобальные сети объединяют абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах, позволяют решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.
Любая компьютерная сеть характеризуется: топологией, протоколами, интерфейсами, сетевыми техническими и программными средствами.
Топология - компьютерной сети отражает структуру связей между ее основными функциональными элементами.
Сетевые технические средства - это различные устройства, обеспечивающие объединение компьютеров в единую компьютерную сеть.
Сетевые программные средства - осуществляют управление работой компьютерной сети и обеспечивают соответствующий интерфейс с пользователями.
Протоколы - представляют собой правила взаимодействия функциональных элементов сети.
Интерфейсы - средства сопряжения функциональных элементов сети.
Базовые сетевые топологии.
Топология локальной сети
При создании сети в зависимости от задач, которые она должна будет выполнять, может быть реализована одна из четырех сетевых топологий.
1. Наиболее простой вид топологии - шина. В такой сети все компьютеры подключены к одному кабелю. Рабочие станции с помощью сетевых адаптеров подключаются к общей магистрали /шине/ (рис. 1).
Рис. 1 Схема соединения
Ш и н а
Рис. 2 Схема соединения
К о л ь ц о
Рис. 3 Схема соединения
З в е з д а
Рис. 4 Схема соединения
С н е ж и н к а
2. На шину похожа и структура, которая называется кольцо. Здесь компьютеры также соединяются друг с другом в виде замкнутого кольца (рис. 2).
Для локальных сетей, основанных на файловом сервере, может применяться схема звезда. Характеризуется наличием центрального узла коммутации - сетевого сервера, которому или через который посылаются все сообщения (рис.3).
От схемы зависит состав оборудования и программного обеспечения Топологию выбирают исходя из потребностей предприятия. Если предприятие занимает многоэтажное здание, то в нем оптимально может быть применена схема снежинка, в которой имеются файловые серверы для разных рабочих групп и один центральный сервер для всего предприятия (рис. 4).
Сетевые технические средства.
Базовые компоненты и технологии, связанные с архитектурой локальных или территориально-распределенных сетей, могут включать в себя:
Аппаратное обеспечение:
Кабели
Серверы
Сетевые интерфейсные платы (NIC, Network Interface Card)
Концентраторы
Коммутаторы
Маршрутизаторы (территориально-распределенные сети)
Серверы удаленного доступа (территориально-распределенные сети)
Модемы (территориально-распределенные сети).
Кабели. Данные по кабелю передаются в виде пакетов, пересылающихся с одного сетевого устройства на другое. Существует несколько типов кабелей, каждый из которых имеет свои преимущества.
Кабель типа "витая пара" (ТР, Twisted Pair) бывает двух видов: экранированная витая пара (STP, Shielded Twisted Pair) и неэкранированная витая пара (UTP, Unshielded Twisted Pair). Оба типа кабеля состоят из пары скрученных медных проводов.
Тонкий и толстый коаксиальный кабель
Это типы кабеля аналогичны стандартному телевизионному кабелю. Поскольку с такими кабелями труднее работать, в новых инсталляциях практически всегда применяется витая пара или оптоволоконный кабель.
Оптоволоконный кабель
Оптоволоконный кабель поддерживает скорость передачи данных (в виде пакетов) 10, 100 или 1000 Мбит/с. Данные передаются с помощью световых импульсов, проходящих по оптическому волокну. Хотя этот кабель гораздо дороже и сложнее в инсталляции, чем UTP, он часто применяется в центральных магистральных сетях, поскольку обеспечивает полную защиту от электрических помех и позволяет передавать информацию на очень большие расстояния. Кроме того, благодаря совершенствованию оптоволоконной технологии данный кабель становится все более приемлемым по цене.
Серверы
Сервер в сети клиент/сервер представляет собой ПК с жестким диском большой емкости, на котором можно хранить приложения и файлы, доступные для других ПК в сети. Сервер может также управлять доступом к периферийным устройствам (таким как принтеры) и используется для выполнения сетевой операционной системы (NOS, Network Operating System).
Сетевые интерфейсные платы
Сетевые интерфейсные платы (NIC, Network Interface Card) устанавливаются на настольных и портативных ПК. Они служат для взаимодействия с другими устройствами в локальной сети. Существует целый спектр сетевых плат для различных ПК, имеющих определенные требования требованиям к производительности. Характеризуются по скорости передачи данных и способах подключения к сети.
Концентраторы
В структурированной кабельной конфигурации все входящие в сеть ПК взаимодействуют с концентратором (или коммутатором).
Hab (хаб; концентратор) - устройство множественного доступа, выполняющее роль центральной точки соединения в топологии "физическая звезда". Наряду с традиционным названием "концентратор" в литературе встречается также термин "хаб".
Коммутатор
Коммутатор предоставляет каждому устройству (серверу, ПК или концентратору), подключенному к одному из его портов, всю полосу пропускания сети. Это повышает производительность и уменьшает время отклика сети за счет сокращения числа пользователей на сегмент.
Маршрутизаторы могут выполнять следующие простые функции:
- Подключение локальных сетей (LAN) к территориально-распределенным сетям (WAN).
- Соединение нескольких локальных сетей.
Маршрутизаторы зависят от используемого протокола (например, TCP/IP, IPX, AppleTalk) и, в отличие от мостов и коммутаторов, функционирующих на втором уровне, работают на третьем или седьмом уровне модели OSI. Производительность маршрутизатора в плане объема передаваемых данных в секунду обычно пропорциональна его стоимости. Поскольку маршрутизатор работает на основе протокола, он может принимать решение о наилучшем маршруте доставки данных, руководствуясь такими факторами, как стоимость, скорость доставки и т.д. Кроме того, маршрутизаторы позволяют эффективно управлять трафиком широковещательной рассылки, обеспечивая передачу данных только в нужные порты.
Модемы
Модемы позволяют пользователям ПК обмениваться информацией и подключаться к Internet по обычным телефонным линиям. Название "модем" обусловлена от функцией устройства и означает "модулятор/демодулятор". Модем модулирует цифровые сигналы, поступающие от ПК, в аналоговые сигналы, передаваемые по телефонной сети общего пользования, а другой модем демодулирует эти сигналы на приемном конце, снова преобразуя их в цифровую форму.
4. Сетевые программные средства.
Сетевое программное обеспечение состоит из трех частей:
общего программного обеспечения;
системного программного обеспечения;
специального программного обеспечения
Особая роль в программном обеспечении отводится операционным системам.
Сетевая операционная система
Сетевая операционная система (NOS, Network Operating System) - это программное обеспечение, применяемое на каждом подключенном к сети ПК. Оно осуществляет управление и координирует доступ к сетевым ресурсам. Сетевая ОС отвечает за маршрутизацию сообщений в сети, разрешение конфликтов при конкуренции за сетевые устройства и работу с операционной системой ПК, например Windows 95, Windows NT, UNIX, Macintosh или OS/2.
Сетевая ОС обеспечивает совместную работу с файлами и приложениями. Такие ресурсы, находящиеся на одной рабочей станции, могут совместно использоваться, передаваться или изменяться с другой рабочей станции. Сетевая ОС выполняет роль регулировщика трафика, предоставляет сервис каталога, обеспечивает контроль полномочий в системе защиты и реализует функции управления сетью. В число популярных сетевых ОС входят Windows NT Server, Novell NetWare и Banyan VINES.
5. Сетевые технологии
Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети.
Ethernet. Ethernet - самая популярная технология построения локальных сетей. Другие базовые сетевые технологии - Token Ring, FDDI, - хотя и обладают многими индивидуальными чертами, в то же время имеют много общих черт.
Технологии с кольцевой архитектурой. Технологии Token Ring и FDDI используются для создания эстафетных сетей с маркерным доступом. Они образуют непрерывное кольцо, в котором в одном направлении циркулирует специальная последовательность битов, называемая маркером (token). Маркер передается по кольцу, минуя каждую рабочую станцию в сети. Рабочая станция, располагающая информацией, которую необходимо передать, может добавить к маркеру кадр данных. В противном случае (при отсутствии данных) она просто передает маркер следующей станции. Сети Token Ring функционируют со скоростью 4 или 16 Мбит/с и применяются главным образом в среде IBM.
Fast Ethernet
В сети Fast Ethernet применяется та же базовая технология, что и в Ethernet Сети Fast Ethernet позволяют передавать данные со скоростью 100 Мбит/с, то есть в десять раз быстрее Ethernet
Gigabit Ethernet
Сети Gigabit Ethernet совместимы с сетевой инфраструктурой Ethernet и Fast Ethernet, но функционируют со скоростью 1000 Мбит/с - в 10 раз быстрее Fast Ethernet.
Электронная почта.
Электронная почта (E-Mail). Эта служба также является одной из наиболее ранних. Ее обеспечением в Интернете занимаются специальные почтовые серверы. Обратите внимание на то, что когда мы говорим о каком-либо сервере, не имеется в виду, что это специальный выделенный компьютер. Здесь и далее под сервером может пониматься программное обеспечение. Таким образом, один узловой компьютер Интернета может выполнять функции нескольких серверов и обеспечивать работу различных служб, оставаясь при этом универсальным компьютером, на котором можно выполнять и другие задачи, характерные для средств вычислительной техники.
Почтовые серверы получают сообщения от клиентов 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.
Принципы работы электронной почты.
Система электронной почты состоит из трех компонентов:
- пользовательского агента - позволяет пользователям читать и составлять сообщения.
- транспортного агента - пересылает сообщения с одной машины на другую.
- доставочного агента - помещает сообщения в почтовые ящики пользователей-получателей.
Пользовательские агенты.
Программы, которые позволяют пользователям читать и составлять почтовые сообщения. Примерами этих агентов могут служить программа Internet Mail в Windows 95,команда mail в UNIX.
Транспортные агенты.
Программы, которые принимают почту от пользовательского агента, интерпретируют адреса пользователей и пере направляет почту на соответствующие компьютеры для последующей доставки. Кроме этого транспортный агент принимает входящую почту от других транспортных агентов.
Доставочные агенты.
Программы, которые принимают почту от транспортного агента и доставляют ее соответствующим пользователям. Почта может доставляться конкретному лицу, в список рассылки, в файл, в программу и т.п. Для обслуживания получателей каждого типа необходим отдельный агент mail - доставочный агент локальных пользователей.
Адресация в системе электронной почты
Есть два вида адресов электронной почты: маршрутно-зависимые и маршрутно-независимые. При использовании первого способа адресации требуется чтобы, отправитель знал промежуточные машины, через которые должно пройти сообщение, для того чтобы попасть в пункт назначения. В адресе второго вида просто указывается пункт назначения. UUCP-адреса являются маршрутно-зависимыми, а Internet-адреса (обычно) от маршрута не зависят.
Электронно-почтовый Internet-адрес имеет следующий формат пользователь@машина, где знак @ отделяет имя пользователя от обозначения машины. Почта доставляется в почтовый ящик пользователя на машине.
Сеть INTERNET
В настоящее время в мире насчитываются сотни тысяч больших и малых сетей. Большинство из них уже соединены. Так постепенно образовалось единое информационное поле, состоящее из миллионов взаимосвязанных компьютеров. Это единое информационное пространство я называют Интернетом. Самое простое определение звучит так: Интернет - это сеть сетей.
Физически структуру Интернета составляют компьютеры самых разных типов. Те из них, которые подключены постоянно и участвуют в передаче данных между другими участниками сети, называются серверами. Несмотря на то, что многие из серверов несовместимы программно, вся система функционирует надежно благодаря тому, что каждый сервер использует стандартный протокол передачи данных - TCP/IP.
Адреса Интернета
Протокол ТСР/ТР - это на самом деле не один протокол, а два. Первый - TCP отвечает за то, как информация разделяется на пакеты и как потом собирается в полный документ. Второй протокол - IP - отвечает за то, как эти пакеты передаются в сети и как они достигают адресата.
Все компьютеры, включенные во всемирную сеть, работают в автоматическом режиме, без участия людей. Промежуточные серверы, пересылающие пакеты, не могут и не должны знать, где находятся отправитель и получатель. Их задача простая - переслать пакет своему соседу, который находится к получателю ближе, чем они сами. Что такое «ближе» и что такое «дальше», сервер определяет по четырем байтам адреса, например 198.137.240.100. Такая форма записи адреса называется IP-адресом. Эта форма удобна для компьютеров, но неудобна для людей. Запоминать такие адреса трудно. Поэтому существует и другая, более удобная форма записи, использующая систему имен доменов (DNS).
Доменное имя сервера (получено при регистрации).
Имя компьютера, принадлежащего данному домену.
3. Суффикс, определяющий принадлежность домена. Наиболее распространены
следующие суффиксы:
со - сервер принадлежит коммерческой организации;
gov- сервер принадлежит правительственной организации;
edu - сервер учебного заведения.
Такая система принята в США. В других странах вместо типа сервера указывают код страны, например:
fr - Франция;
га - Россия;
kz - Казахстан.
Работа в Интернете
Чтобы подключиться к Интернету, надо подсоединить ваш компьютер к другому компьютеру, имеющему постоянный IP-адрес. Такие организации, предоставляющие услуги по подключению к сети, называются сервис-провайдерами.
Например, сервис-провайдерами в г. Алматы являются Интернет Трейнинг Центр, Nursat, S&G Communications, Parasang, Казахтелеком, Астел, Арна Спринт и т.д. Обычно такие предприятия являются коммерческими, поэтому подключение к Интернету производится на договорной основе.
Обычно для соединений удаленного доступа к сети используют модем. Модем - специальное устройство, которое служит для связи компьютеров с помощью телефонной линии. Он преобразует цифровую информацию, передаваемую компьютером, в аналоговые сигналы (модуляция), способные передаваться по телефонным проводам. Модем компьютера, принимающего информацию, выполняет обратное преобразование (демодуляция).
Совокупность огромного числа гипертекстовых электронных документов, хранящихся на серверах WWW, образует своеобразное гиперпространство документов, между которыми возможно перемещение. Произвольное перемещение между документами в Web-пространстве называют Web-серфингом (выполняется с целью ознакомительного просмотра). Целенаправленное перемещение между Web-документами называют Web-навигацией (выполняется с целью поиска нужной информации).
Гипертекстовая связь между сотнями миллионов документов, хранящихся на физических серверах Интернета, является основой существования логического пространства World Wide Web. Однако такая связь не могла бы существовать, если бы каждый документ в этом пространстве не обладал своим уникальным адресом. Каждый файл одного локального компьютера обладает уникальным полным именем, в которое входит собственное имя файла (включая расширение имени) и путь доступа к файлу, начиная от имени устройства, на котором он хранится. Теперь мы можем расширить представление об уникальном имени файла и развить его до Всемирной сети. Адрес любого файла во всемирном масштабе определяется унифицированным указателем ресурса - URL.
Адрес URL состоит из трех частей.
1. Указание службы, которая осуществляет доступ к данному ресурсу (обычно
обозначается именем прикладного протокола, соответствующего данной службе. Так, например, для службы WWW прикладным является протокол HTTP(HyperText Transfer Protocol - протокол передачи гипертекста). После имени протокола ставится двоеточие (:) и два знака «/» (косая черта):
http://...
2. Указание доменного имени компьютера (сервера), на котором хранится данный ресурс:
http://www.abcde.com...
3. Указания полного пути доступа к файлу на данном компьютере. В качестве разделителя используется символ «/» (косая черта):
http: //www. abode. com/Files/New/abcdef g .zip
При записи URL-адреса важно точно соблюдать регистр символов. В отличие от правил работы в MS-DOS и Windows, в Интернете строчные и прописные символы считаются разными.
Именно в форме URL и связывают адрес ресурса с гипертекстовыми ссылками на Web-страницах. При щелчке на гиперссылке броузер посылает запрос для поиска
и доставки ресурса, указанного в ссылке. Если по каким-то причинам он не найден, выдается сообщение о том, что ресурс недоступен (возможно, что сервер временно отключен или изменился адрес ресурса).
Служба имен доменов (DNS). Когда мы говорили о протоколах Интернета, то сказали, что адрес любого компьютера или любой локальной сети в Интернете может быть выражен четырьмя байтами, например так:
195.28.132.97
А только что мы заявили, что каждый компьютер имеет уникальное доменное имя, например такое:
www.abcdef.com
Нет ли здесь противоречия?
Противоречия здесь нет, поскольку это просто две разных формы записи адреса одного и того же сетевого компьютера. Человеку неудобно работать с числовым представлением IP-адреса, зато доменное имя запоминается легко, особенно если учесть, что, как правило, это имя имеет содержание. Например, Web-сервер компании Microsoft имеет имя www.microsoft.com, а Web-сервер компании «Космос ТВ» имеет имя www.kosmostv.ru (суффикс .ru в конце имени говорит о том, что сервер компании принадлежит российскому сектору Интернета). Нетрудно «реконструировать» и имена для других компаний.
С другой стороны, автоматическая работа серверов сети организована с использованием четырехзначного числового адреса. Благодаря ему промежуточные серверы могут осуществлять передачу запросов и ответов в нужном направлении, не зная, где конкретно находятся отправитель и получатель. Поэтому необходим перевод доменных имен в связанные с ними IP-адреса. Этим и занимаются серверы службы имен доменов DNS. Наш запрос на получение одной из страниц сервера www.abcde.com сначала обрабатывается сервером DNS, и далее он направляется по IP-адресу, а не по доменному имени.
Служба передачи файлов (FTP). Прием и передача файлов составляют значительный процент от прочих Интернет-услуг. Необходимость в передаче файлов возникает, например, при приеме файлов программ, при пересылке крупных документов (например, книг), а также при передаче архивных файлов, в которых запакованы большие объемы информации.
Служба FТР имеет свои серверы в мировой сети, на которых хранятся архивы данных. Со стороны клиента для работы с серверами FTP может быть установлено специальное программное обеспечение, хотя в большинстве случаев броузеры WWW обладают встроенными возможностями для работы и по протоколу FTP.
Интрасеть (Интранет) - это частная сеть организации, обладающая встроенными механизмами безопасности и базирующаяся на технологиях Интернет внутри (intra-) сети своей организации.