Разработка учебно-методического обеспечения изучения темы "Компьютерные сети"

· диаметр проводников;

· диаметр проводника с изоляцией;

· количество проводников (пар);

· наличие экрана вокруг проводника (проводников);

· диаметр кабеля;

· диапазон температур, при котором качественные показатели находятся в норме;

· минимальный радиус изгиба, который допускается при прокладке кабеля;

· максимально допустимые наводки в кабеле;

· волновое сопротивление кабеля;

· максимальное затухание сигнала в кабеле.

Коаксиальный кабель

Первой средой для объединения компьютеров в сеть с целью обмена информацией был коаксиальный кабель (Coaxial Cable). Сети с использованием коаксиального кабеля появились еще в начале 70-х годов прошлого века. На то время он считался идеальным вариантом для передачи данных. Поскольку скорости тогда были не столь высоки, как сегодня, коаксиальный кабель полностью удовлетворял существующие потребности. Сетевое оборудование для работы с коаксиальным кабелем согласно существующим сетевым стандартам позволяет передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с, что даже сегодня в некоторых случаях является вполне приемлемой скоростью.

Различаются тонкий и толстый коаксиальный кабели. Несмотря на то что толстый коаксиальный кабель появился раньше, его технические характеристики (скорость, дальность связи и т. п.) существенно лучше, нежели у тонкого коаксиального кабеля, который появился вследствие дальнейшего усовершенствования существующих сетевых стандартов.

Толстый и тонкий кабели внешне различаются толщиной. Однако иногда могут быть и другие различия (рис. 29).

Например, когда требуется прокладка кабеля снаружи здания, часто используется кабель с усилительным тросом, который выглядит как отдельная жила в отдельной оболочке.

Основные различия между этими типами кабелей заключаются в их составе: могут присутствовать дополнительные оплетки, диэлектрики, экраны из фольги и т. д.

Типичное строение самой простой реализации тонкого и толстого коаксиального кабеля показано на рис. 30 и 31.



Рисунок 29. Разные варианты коаксиального кабеля

Рисунок 30. Строение тонкого коаксиального кабеля

Рисунок 31. Строение толстого коаксиального кабеля

Рассмотрим элементы коаксиального кабеля, отмеченные на рисунках цифрами.

1. Центральный проводник (Center Conductor). Представляет собой металлический стержень, цельный или состоящий из нескольких проводников. В качестве металла, как правило, выступает медь или сплав с медью, например сплав меди с карбоном, омедненная сталь или омедненный алюминий. Толщина проводника обычно находится в пределах 1-2 мм.

2. Диэлектрик (Dielectric). Служит для надежного разделения и изолирования центрального проводника и оплетки, которые используются для передачи сигнала. Диэлектрик может изготавливаться из различных материалов, например из полиэтилена, фторопласта, пенополиуретана, поливинилхлорида, тефлона и т. д.

3. Оплетка (Braid). Является одним из носителей, который участвует в передаче сигнала. Кроме того, она играет роль заземления и защитного экрана от электромагнитных шумов и наводок. Как правило, оплетка сделана из медной или алюминиевой проволоки.

Когда требуется увеличить помехозащищенность системы, может использоваться кабель с двойной и даже четверной оплеткой.

4. Изолирующая пленка (Foil). Выступает обычно в роли дополнительного экрана. В качестве материала используется алюминиевая фольга.

5. Внешняя оболочка (Outer Jacket). Используется для защиты кабеля от воздействия внешней среды. Оболочка, как правило, имеет ультрафиолетовую защиту и защиту от возгорания, для чего используется материал с определенными свойствами, например поливинилхлорид, пластик, резина и т. д.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля, используемого для передачи данных в локальных сетях, составляет 50 Ом. При этом толщина тонкого коаксиального кабеля - примерно 0,5-0,6 см, а толстого - 1-1,3 см.

Существует определенная маркировка (категория) кабелей, которая позволяет различать их характеристики. Например, кабель с волновым сопротивлением 50 Ом имеет маркировку RG1-8, RG-11 и RG-58. Различают также подкатегории кабелей, например RG-58/U (одножильный проводник) или RG-58A/U (многожильный проводник).

Наибольшее распространение получил тонкий коаксиальный кабель, поскольку он более гибкий и его легче прокладывать. Если требуется увеличить диаметр сети, то используется толстый коаксиальный кабель. Иногда тонкий и толстый кабели применяются одновременно: тонким кабелем соединяют близкорасположенные компьютеры, а толстым - компьютеры на большом удалении или два сегмента сети.

Оптоволоконный кабель

Еще один вариант кабеля для передачи данных в сетях - оптоволоконный (Fiber Optic). Именно оптоволоконный кабель благодаря своим характеристикам имеет наибольшие шансы остаться в лидерах.

Его главным отличием от существующих вариантов кабеля является способ передачи электрических сигналов: для этого используется свет. Это означает, что оптоволоконный кабель не подвержен влиянию электромеханических наводок, а сигнал ослабевает гораздо меньше. Как результат - высокая скорость передачи данных на большие расстояния.

Оптоволоконные кабели отличаются конструкцией, точнее, диаметром сердцевины, то есть оптоволокна. Существует два варианты оптоволокна, которые однозначно влияют на характеристики кабеля. Так, различают одномодовое (SM, Single Mode) и многомодовое, или мультимодовое (MM, Multi Mode), волокно.

Упрощенная схема оптоволоконного кабеля показана на рис. 32.

Рисунок 32. Строение оптоволоконного кабеля

Основная деталь оптоволоконного кабеля - оптоволокно или, как его еще называют, световод (1), по которому непосредственно передается световой сигнал. Чтобы сигнал не уходил из световода, вокруг последнего располагается отражающая оболочка (2) толщиной 125 мкм. И еще один элемент - оболочка (3), которая защищает кабель от внешнего воздействия, например влаги или солнечных лучей.

Обычно оптоволоконный кабель снабжается дополнительными уровнями прочности: применяются разного рода лаковые покрытия, дополнительные оболочки (буферы), усилительные тросы и т. д. Кроме того, большое распространение получили кабели с несколькими световодами, что позволяет значительно увеличить пропускную способность кабеля.

Преимущества и недостатки одномодового и многомодового оптоволокна понять достаточно просто. Так, по световоду передаются световые сигналы с длиной волны в диапазоне 0,85-1,3 мкм. Многомодовое волокно, в зависимости от типа стандарта, имеет толщину световода 50 или 62,5 мкм, в то время как у одномодового волокна данный показатель составляет примерно 7-9 мкм. Если представить себе, как будет распространяться свет в подобных «коридорах», то становится ясно, что чем уже «коридор», тем меньше отражений будет испытывать данный сигнал, а значит, меньшими будут искажения и затухание. Конечно, такое теоретическое изложение принципа распространения сигнала в кабеле далеко от идеального, но и его вполне достаточно, чтобы сделать однозначный вывод: одномодовый кабель гораздо практичнее и лучше. Об этом же свидетельствует существующая практика: скорость передачи сигнала в простейшем одномодовом кабеле может достигать 2,5 Гбит/с при длине сегмента 20 и более километров.

Распространение оптоволоконного кабеля сдерживают несколько факторов, основными из которых является дороговизна кабеля и обслуживающей его аппаратуры, а также необходимость в соответствующей подготовке при работе с кабелем.

Кабель «витая пара»

На сегодня кабель «витая пара» (Twisted Pair) получил наибольшее распространение. В первую очередь это произошло благодаря его скоростным характеристикам и удобству прокладки. Его появление было вполне прогнозируемым, поскольку использование коаксиального кабеля накладывает ограничение на топологию сети, что, в свою очередь, отражается на возможностях ее модернизации и скорости передачи данных.

Свое название он получил благодаря особенности внутреннего исполнения. Так, внутри кабеля может находиться от одной до двадцати пяти пар проводников, скрученных между собой и имеющих определенный цвет.

Внешний вид кабеля «витая пара» зависит от того, какое количество проводников находится внутри него, какого типа оплетки используются для экранирования кабеля и пар, а также от наличия дополнительного заземляющего проводника (рис. 33).

Рисунок 33. Внешний вид некоторых вариантов кабеля «витая пара»

Различают экранированный (Shielded) и неэкранированный (Unshielded) кабели.

Кроме того, существует много различных вариантов исполнения кабеля, среди которых наибольшее распространение получили UTP (Unshielded Twisted Pair, неэкранированная витая пара), F/UTP (Foiled Unshielded Twisted Pair, фольгированная неэкранированная витая пара), STP(Shielded Twisted Pair, эканированная витая пара),S/FTP(Screened Foiled Twisted Pair, фольгированная экранированная витая пара),SF/UTP(Screened Foiled Unshielded Twisted Pair, фольгированная неэкранированная витая пара) и др. Есть также несколько вариантов кабеля с многожильными проводниками.

Кабели различают и по категориям: чем выше категория, тем лучшими характеристиками (в том числе и скоростными) обладает кабель. Так, в настоящее время существует семь категорий кабеля «витая пара», используемых для организации работы локальной сети. Например, кабель пятой категории позволяет передавать данные со скоростью 100 Мбит/c, а кабель начиная с шестой категории делает возможной передачу данных на скорости не менее 1 Гбит/c. Кабель же седьмой категории теоретически способен передавать данные со скоростью 100 Гбит/с.

Кабель «витая пара» является самым популярным способом подключения компьютеров в «домашних» сетях. Стоимость кабеля достаточно низкая, однако при этом скорость передачи данных находится на очень высоком уровне. Длины сегмента кабеля в 100 м хватает, чтобы подключить компьютер в квартире, просто свесив кабель с крыши и подведя его к окну. Именно такой способ подключения является самым простым и распространенным в «домашних» сетях.

Патч-корд, кросс-корд

Патч-корд и кросс-корд - это кабели небольшой длины с обжатыми коннекторами, которые используются для различных целей. Они являются частью сети, построенной с применением кабеля «витая пара» (рис. 34).

Рисунок 34. Патч-корд

Патч-корд, в отличие от кросс-корда, сделан из более мягкого кабеля и применяется для подключения компьютеров и другого сетевого оборудования к сетевым розеткам или непосредственно к портам на активном оборудовании. Длина кабеля согласно существующим стандартам не должна превышать 5 м, однако на практике часто используют кабель длиной до 10 м.

Что касается кросс-корда, то он имеет гораздо меньшую длину (как правило, не более 1 м) и используется в монтажном шкафу для соединения портов кросс-панели с портами на активном оборудовании или соединения активного оборудования между собой.

Коннекторы

· Коннекторы BNC-типа

· Коннектор RJ-45

Когда речь идет о кабеле, используемом для создания проводных вариантов сети, то без коннекторов он не представляет никакой ценности. Именно коннекторы завершают его целостность и позволяют использовать его по назначению - для передачи данных между отправителем и получателем. С помощью коннекторов кабель подключается к нужным разъемам на оборудовании, как активном, так и пассивном.

Тип коннектора описывают существующие сетевые стандарты, и достаточно часто они несовместимы друг с другом. Например, локальные сети с использованием коаксиального кабеля требуют применения коннекторов BNC-типа, с использованием кабеля «витая пара» - коннектора RJ-45, стандарта HomePNA - коннекторов RJ-11 и RJ-45 и т. д.

Коннекторы BNC-типа. Коннекторы BNC-типа (Bayonet Neill Concelman) используются при построении сети на основе коаксиального кабеля. Существует несколько коннекторов BNC-типа, которые различаются свои назначением.

· BNC-коннектор. Применяется для обжима концов коаксиального кабеля (рис. 35).



Рисунок 35. BNC-коннектор

С помощью такого коннектора кабель подключается к сетевой карте, порту на сетевом оборудовании и к другим коннекторам типа BNC, например Т- или I-коннектору.

Существуют и более старые варианты исполнения BNC-коннектора, например накручивающиеся или коннекторы для пайки, однако в силу разных особенностей сегодня они уже не встречаются.

· Т-коннектор. Данный тип коннекторов используется для соединения основной кабельной магистрали с сетевой картой компьютера или другого сетевого оборудования в сети, построенной с применением коаксиального кабеля и топологии «шина».

Внешне Т-коннектор (рис. 36) похож на обычный BNC-коннектор, но имеет отводы для врезки в центральную магистраль.

Рисунок 36. Т-коннектор

Т-коннектор всегда используется в паре с BNC-коннектором (продлевает сегмент кабеля) или терминатором (закрывает сегмент).

· I-коннектор. Этот тип коннектора (рис. 37), который часто называют барел-коннектором, используется в качестве соединителя сегментов кабеля без применения активного оборудования.

Рисунок 37. I-коннектор

Соединение сегментов кабеля бывает необходимо, когда появляется разрыв центральной магистрали либо ее отростка или в случае, когда необходимо удлинить кабель.

· Терминатор (рис. 38) представляет собой своего рода заглушку, которая необходима для того, чтобы препятствовать появлению отбитого сигнала.

Рисунок 38. Терминатор

Такой коннектор устанавливается на обоих концах магистрали, при этом один из теминаторов обязательно заземляется. Если его не установить, то сигнал, поступая в никуда, может привести не только к задержкам неопределенной длительности, но и к выходу сети из строя.

Коннектор RJ-45. Коннектор RJ-45 используется для обжима кабеля «витая пара», который применяется для создания локальных сетей, например стандарта 100BaseTX.

Внешне этот коннектор похож на RJ-11, используемый для обжима двух- или четырехжильного телефонного кабеля. Однако, в отличие от него, он шире и содержит в два раза больше контактных групп.

Внешний вид коннектора может иметь небольшие различия, касающиеся материала изготовления основы или составных частей коннектора, что зависит от сетевого стандарта, однако это не приводит к изменению габаритов и конструкции. Внешний вид такого коннектора показан на рис. 39

Рисунок 39. Коннектор RJ-45

Особенностью коннектора является его ограниченный срок службы, что связано с особенностями конструкции и материалом, из которого сделан коннектор. Для фиксации коннектора в разъеме используется пластиковый фиксатор, при поломке которого фиксация коннектора в разъеме становится невозможной. Как правило, стандартным сроком службы этого фиксатора является 2000 подключений.

В паре с коннектором RJ-45, как правило, идет специальный защитный колпачок из мягкого материала, например обрезиненного пластика, который надевается на коннектор и часть кабеля, скрывая и защищая тем самым наиболее уязвимое место - место обжима.

Однако его использование не является обязательным, поэтому очень часто, особенно в небольших локальных сетях офисного или домашнего масштаба, в целях экономии денежных средств он не применяется.

Розетка RJ-45

Розетка RJ-45, как и любая другая розетка, предназначена для обеспечения контакта между носителем и потребителем, в нашем случае - между передающей средой и компьютером или другим сетевым устройством. При этом подразумевается, что речь идет о локальной сети, использующей один из стандартов на основе кабеля «витая пара».

Розетки применяются при необходимости. Их выбор критичен только для локальных сетей с большим количеством компьютеров и других устройств. Подобные сети, как правило, обслуживают большие организации, которые могут себе позволить сделать все по правилам, одним из которых является использование сетевых розеток. Применение сетевых розеток делает кабельную систему более устойчивой к разному роду неприятностям в виде обрывов кабеля, пропадания контактов в соединениях и т. д. Что касается небольших офисных сетей или «домашней» сети, чаще всего использование розеток игнорируется. В этом случае компьютеры или другие устройства подключаются напрямую к портам коммутатора.

Внешний вид сетевой розетки зависит от следующих факторов:

· категории розетки. Как и кабель, сетевая розетка также может быть разных категорий: чем выше категория, тем лучше качество розетки, выше уровень безопасности, лучше способ обжима проводников кабеля и т. д. Например, розетка низкой категории может применять систему крепления проводников с помощью шурупов, в то время как розетка высокой категории использует для этого монтажную контактную площадку;

· типа розетки и способа ее крепления. Встречаются розетки с внутренним и внешним способами монтажа. Внутренний способ монтажа подразумевает монтаж розетки в монтажной коробке, для которой в стене делается соответствующее отверстие. Внешний вариант монтажа позволяет крепить розетку прямо на стену с помощью шурупов, встраивать ее в сетевой короб или просто приклеивать ее к гладкой поверхности с помощью двухстороннего скотча;

· наличия дополнительных портов. Часто на розетке присутствуют дополнительные разъемы, например дополнительные RJ-45 или RJ-11, что повышает ее универсальность, позволяя использовать одну конструкцию для обслуживания нескольких устройств.

Внешний вид розетки, предназначенной для крепления на стене, показан на рис.40.

Рисунок 40. Розетка RJ-45

Инструменты для работы с кабелем

Без соответствующих инструментов произвести качественный обжим коннектора на кабеле или зажим проводников кабеля в контактной площадке очень сложно. Это означает, что качество такой работы будет достаточно низким, что может стать причиной неработоспособности всей сети (Это является особенностью сетей, построенных с применением топологии «шина»: обрыв или плохой контакт в любом из коннекторов приводит к неработоспособности всей сети. Если с помощью коаксиального кабеля производится подключение к коммутатору отдельного сегмента сети, неработоспособным будет только этот сегмент.) или отдельного ее сегмента.

Для обжима коннекторов на коаксиальном кабеле и кабеле «витая пара» используются разные инструменты.

Как правило, для работы с коаксиальным кабелем и BNC-коннектором применяется специальный инструмент, включающий в себя резак грубой обрезки и обжимной механизм (рис. 41).

Рисунок 41. Инструмент для обжима BNC-коннектора на коаксиальном кабеле

Он позволяет ровно обрезать кабель и подготовить его к более ювелирной обрезке и подготовке к обжиму, для чего используется совсем другой инструмент (рис. 42).

С его помощью кабель обрезается так, что он сразу готов к обжиму, то есть обрезается внешняя изоляция и диэлектрик, под которым находится центральный проводник. Для точной глубины обрезки на инструменте находится специальный механизм регулировки, отдельно для изоляции и диэлектрика.

После того как кабель обрезан, происходит обжим коннектора, предварительно собранного в правильной последовательности.



Рисунок 42. Инструмент для обрезки коаксиального кабеля

Что касается инструмента для работы с кабелем «витая пара», он имеет несколько другую конструкцию, но и более универсален: резак и обжимной механизм находятся в одном инструменте.

Внешний вид инструмента зависит от его функциональности. Так, некоторые инструменты позволяют также производить обжим коннекторов RJ-11, что делает необходимым наличие соответствующего отверстия на инструменте (рис. 43).

Рисунок 43. Инструмент для обжима кабеля «витая пара»

При монтаже сетевых розеток или зажима проводников на кросс-панели используется специальный нож-вставка (рис.44).

Рисунок 44. Инструмент для зажима проводников в контактной площадке

Внешний вид ножа-вставки также может быть разным, что зависит от производителя и дополнительных возможностей инструмента[8].

2.6 Сеть на основе сервера

Сеть на основе сервера (рис. 45), или, как ее еще часто называют, сеть типа «клиент - сервер», - наиболее востребованный тип сети, основными показателями которой являются высокие скорость передачи данных и уровень безопасности.

Под словом «сервер» следует понимать выделенный компьютер, на котором установлена система управления пользователями и ресурсами сети. Данный компьютер в идеале должен отвечать только за обслуживание сети, и никакие другие задачи выполнять на нем не следует. Этот сервер называется контроллер домена. Он является наиболее важным объектом сети, поскольку от него зависит работоспособность всей сети. Именно поэтому данный сервер обязательно подключают к системе бесперебойного питания. Кроме того, в сети, как правило, присутствует дублирующей сервер, который называется вторичный контроллер домена.

Рисунок 45. Пример сети с управляющим сервером

Кроме контроллера домена в сети могут использоваться и другие серверы разного назначения, к числу которых относятся следующие.

· Файл-сервер. Данный сервер представляет собой хранилище файлов разного типа. На нем, как правило, хранятся файлы пользователей, общие файловые ресурсы, аудио- и видеофайлы и многое другое. Главное требование к файловому серверу - надежная дисковая подсистема, которая может обеспечивать безопасное хранение файлов и доступ к ним в любое время суток. Часто на данном сервере устанавливается архивирующая система, например стример, с помощью которого осуществляется плановое создание архивных данных. Это обеспечивает гарантированное восстановление данных пользователей в случае непредвиденных сбоев оборудования.

· Сервер базы данных. Серверы подобного типа наиболее востребованы, поскольку позволяют обеспечить доступ к единой базе данных. В качестве таковой могут выступать базы данных бухгалтерского и другого типа учета, юридическо-правовые базы данных и т. д. В качестве сервера базы данных используются мощные компьютеры с большим объемом оперативной памяти и RAID-массивом из быстрых жестких дисков. Очень важным является факт организации архивирования данных, поскольку от целостности базы данных и доступа к ней зависит работа всего предприятия.

· Сервер приложений. Сервер приложений используется в качестве промежуточного звена между сервером базы данных и клиентским компьютером. Это позволяет организовать так называемую трехзвенную (или трехуровневую) архитектуру, с помощью которой выполнение программ, требующих обмен с базой данных, происходит максимально быстро и эффективно. Кроме того, за счет такой организации повышается безопасность доступа к данным и увеличивается управляемость процессом, поскольку легче контролировать работу одного компьютера, нежели сотни.

· Принт-сервер. Специальный сервер, позволяющий сделать процесс печати более контролируемым и быстрым. Используется в сетях, которым необходим доступ к общему принтеру. Сервер подобного рода обеспечивает управление очередью печати и доступ к принтеру для клиентов любого типа: при проводном или беспроводном соединении, для переносного устройства или мобильного телефона.

· Интернет-шлюз. Данный сервер позволяет предоставить пользователям локальной сети доступ в Интернет, а также организовать доступ к ресурсам по протоколам FTP и HTTP. Поскольку данный сервер является «окном» во внешнюю сеть, к нему предъявляются определенные требования, среди которых основными являются требования к безопасности локальных данных и защита от доступа к ним извне. Именно поэтому на таком сервере устанавливают различные сетевые фильтры и брандмауэры, позволяющие эффективно фильтровать входящий и исходящий трафик, что делает использование Интернета более безопасным.

· Почтовый сервер. Практически каждое серьезное предприятие, применяющее для организации обмена данными сеть на основе сервера, для общения с внешним миром пользуется корпоративными электронными ящиками. Этот подход вполне оправдан, поскольку позволяет контролировать входящий и исходящий трафик, тем самым блокируя возможность утечки информации. Подобную систему обмена информацией позволяет реализовать почтовый сервер с соответствующим программным обеспечением. На этот сервер дополнительно устанавливаются разнообразные антиспамовые фильтры, позволяющие бороться (насколько это возможно) со все возрастающим объемом рекламных писем, которые и называются спамом.

Кроме упомянутых выше, могут использоваться и другие типы серверов, что зависит только от потребностей сети. Подключение новых серверов не вызывает никаких трудностей, поскольку гибкость и возможности сети на основе сервера позволяют сделать это в любой момент.

С точки зрения системного администратора, сеть на основе сервера хотя и наиболее сложная в создании и обслуживании, но в то же время наиболее управляемая и контролируемая. Благодаря наличию главного компьютера управление учетными записями пользователей происходит очень легко и, самое главное, - эффективно. Благодаря политикам безопасности также упрощается контроль над самими компьютерами, что делает сеть более управляемой, а данные в ней более защищенными.

На сервер устанавливается серверная операционная система, которая, в отличие от обычной операционной системы, обладает некоторыми преимуществами, например поддержкой нескольких процессоров, большего объема оперативной памяти, инструментами администрирования сети и т. д. К таким операционным системам относятся Windows Server 2003,Windows Server 2008 и т. д.

В табл. 1 показаны основные недостатки и преимущества сетей на основе выделенного сервера.

Таблица 1. Особенности сетей на основе выделенного сервера

От выбора типа сети зависит ее будущее: расширяемость, возможность использования того или иного программного обеспечения и оборудования, надежность сети и многое другое. В этом плане сеть на основе сервера является наиболее предпочтительной и выгодной[8].

2.7 Логическое представление о работе локальной сети. Модель ISO/OSI

Функционирование сети подчиняется определенным теоретическим правилам. В качестве такой теоретической основы выступает свод правил и стандартов, которые описывают так называемую модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI). Основным разработчиком модели является Международная организация по стандартизации (International Standards Organization, ISO), поэтому очень часто используется более короткое название - модель ISO/OSI.

Согласно модели ISO/OSI существует семь уровней, пройдя через которые, данные от одного компьютера могут быть переданы другому компьютеру, и абсолютно не важно, какая операционная система при этом используется и каким образом данные попадают от источника к адресату.

Уровни имеют названия и расположены в следующем порядке: физический канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, уровень представления данных и прикладной уровень.

Данные могут передаваться как в указанном, так и в обратном порядке. Так, при передаче данные начинают свое движение с прикладного уровня и доходят до физического уровня, который представляет собой среду передачи данных. Если же данные принимаются, то они проходят путь от физического до прикладного уровня (рис. 46).

Рисунок 46. Схематическое отображение модели ISO/OSI

Описанная модель является стандартом для любой среды передачи данных, которых на сегодня используется три: кабель, радиоволны и инфракрасное излучение. Однако, в зависимости от среды передачи данных, имеются определенные различия в работе физического и канального уровней модели ISO/OSI.

Каждый уровень отвечает только за свою часть подготовки данных к приему или передаче, что в результате позволяет сделать процесс передачи/приема максимально эффективным и, самое главное, независимым от среды передачи данных, а также обойти вопрос совместимости оборудования, которое используется для этого.

Как уже было упомянуто выше, модель ISO/OSI состоит из семи уровней, а именно:

· физический - передача и прием электрических сигналов;

· канальный - управление каналом связи и доступом к среде передачи данных;

· сетевой - определение оптимальных маршрутов передачи данных;

· транспортный - контроль целостности и правильности данных в процессе передачи и приема данных;

· сеансовый - создание, сопровождение и поддержание сеанса связи;

· уровень представления - кодирование и шифрование данных с помощью требуемых алгоритмов;

· прикладной - взаимодействие с клиентскими программами.

Данные между разными уровнями модели передаются посредством стандартных интерфейсов и протоколов передачи данных, главная задача которых - обработка полученных данных и приведение их к тому виду, который необходим для работы следующего уровня. Более подробно о разных протоколах передачи данных вы сможете узнать далее.

Физический уровень

Физический уровень (Physical Layer) является самым нижним в модели ISO/OSI. Он работает непосредственно с имеющимся каналом связи. Его главная задача - преобразование поступивших от вышестоящего уровня данных и передача соответствующих им электрических сигналов по существующему каналу связи получателю, а также прием данных от отправителя и их конвертация согласно существующим таблицам кодирования сигналов.

Прежде чем начать передачу электрических сигналов, алгоритмы физического уровня определяют тип канала связи и его свойства: электротехнические и механические характеристики, величину напряжений, расстояние между отправителем и получателем, скорость передачи данных и т. д., то есть все, что является критичным для передачи данных. Именно на этом этапе определяется, сеть какого типа используется (проводная или беспроводная), а также выясняется топология сети.

Функции физического уровня выполняют сетевые адаптеры на отправителе и получателе, а также повторители сигнала, например концентратор.

Стандартизация на уровне модели ISO/OSI позволяет использовать в сети оборудование разных производителей, не заботясь при этом об их совместимости, что позволяет сосредоточиться только на процессе передачи и приема данных.

Канальный уровень

Задача канального уровня (Data Link Layer) - обеспечение гарантированной передачи данных через физический канал, параметры и особенности которого уже установлены и «приняты во внимание» на физическом уровне. При этом решаются вопросы физической адресации, корректности отправленной и полученной информации, контроля возникающих ошибок, управления потоком информации и т. д.

Данные передаются блоками, которые называются кадрами. К каждому кадру добавляется несколько бит информации о типе кадра, а также контрольная сумма, которая сверяется при его получении адресатом. При несовпадении контрольных сумм запрашивается повторная передача кадра и данные синхронизируются.

Что касается локальных сетей, то за работу канального уровня отвечают два подуровня:

· MAC (Medium Access Control) - уровень доступа к разделяемой среде;

· LLC (Logical Link Control) - уровень управления логическим каналом.

Уровень MAC отвечает за получение доступа к общей среде передачи данных, в связи с чем каждый протокол передачи данных имеет соответствующую процедуру доступа. Кроме того, MAC отвечает за согласование режимов работы канального и физического уровней (дуплексный и полудуплексный режим соответственно), буферизацию фреймов и т. д.

Уровень LLC имеет три разные процедуры, отвечающие за качество доставки данных.

· LLC1 - без установления соединения и без подтверждения доставки. Данная процедура управления каналом позволяет передавать данные с максимальной скоростью, для чего используются датаграммы.

· LLC2 - с установлением соединения и подтверждением доставки. Этот вид управления каналом наиболее надежный. Он позволяет гарантированно доставлять данные и получать подтверждения о доставке. На этом уровне работает система контроля ошибок, которая дает возможность восстанавливать поврежденные блоки данных и упорядочивать их последовательность. Подобная система функционирует благодаря нумерации кадров, что позволяет запрашивать ошибочные кадры и упорядочивать их.

· LLC3 - без установления соединения, но с подтверждением доставки. Данный тип управления каналом достаточно специфичен и часто используется в процессах, которые требуют быстрой передачи данных, но с подтверждением доставки. Как правило, это необходимо для разного рода процессов, происходящих в режиме реального времени, когда временные затраты очень критичны. В этом случае передача следующего кадра осуществляется только после подтверждения доставки предыдущего.

Таким образом, LLC-уровень умеет передавать данные либо с помощью датаграмм, либо с использованием процедур с обеспечением качества передачи.

Канальный уровень может реализовываться как на аппаратном уровне (например, с помощью коммутаторов), так и с применением программного обеспечения (допустим, драйвера сетевого адаптера).

Сетевой уровень

Сетевой (Network Layer) - один из важнейших уровней модели взаимодействия открытых систем. Поскольку для построения сети могут использоваться различные технологии и, а сеть может состоять из нескольких сегментов с абсолютно разными сетевыми топологиями, чтобы «подружить» эти сегменты, требуется соответствующий механизм. В качестве такого механизма и выступает сетевой уровень.

Кроме определения физических адресов всех участников сети, данный уровень отвечает за нахождение кратчайших путей доставки данных, то есть выполняет маршрутизацию пакетов. При этом постоянно отслеживается состояние сети и определяются новые маршруты, если возникают «заторы» на пути следования данных. Благодаря маршрутизации данные всегда доставляются с максимальной скоростью.

Сетевой уровень для доставки данных между разными сетевыми сегментами использует особую адресацию. Так, вместо MAC-адресов применяется пара чисел - номер сети и номер компьютера в этой сети. Использование нумерации позволяет составить точную карту сети независимо от топологии сегментов и определять альтернативные пути передачи данных.

На практике функции сетевого уровня выполняет маршрутизатор.

Транспортный уровень

Транспортный уровень (Transport Layer) служит для организации гарантированной доставки данных, для чего используется подготовленный канал связи. При этом отслеживается правильная последовательность передачи и приема пакетов, восстанавливаются потерянные или отсеиваются дублирующие. При необходимости данные фрагментируются (разбиваются на более мелкие пакеты) или дефрагментируются (объединяются в большой пакет), что повышает надежность доставки данных и их целостность.

На транспортном уровне предусмотрено пять классов сервиса с различными уровнями надежности. Они различаются скоростью, возможностями восстановления данных и т. д. Например, некоторые классы работают без предварительной установки связи и не гарантируют доставку пакетов в правильной последовательности. В этом случае за выбор маршрута отвечают промежуточные устройства, которые попадают на пути следования данных.

Классы с установкой связи начинают свою работу с установки маршрута и только после того, как маршрут будет определен, начинают последовательную передачу данных. Благодаря такому подходу всегда можно найти компромисс между скоростью и качеством доставки данных.

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень (Session Layer) используется для создания и управления сеансом связи на время, необходимое для передачи данных. Время сеанса зависит лишь от объема информации, которая должна быть передана. Поскольку этот объем может быть существенным, используются разные механизмы, контролирующие данный процесс.

Для управления сеансом применяется маркер, обладатель которого гарантирует себе право на связь. Кроме того, используются служебные сообщения, с помощью которых стороны могут, например, договариваться о способе передаче данных или сообщать о завершении передачи данных и освобождении маркера.

Чтобы передача данных была успешной, создаются специальные контрольные точки, которые позволяют начать повторную передачу данных практически с того места, на котором произошел непредвиденный обрыв связи. В данном случае работают также механизмы синхронизации данных, определяются права на передачу данных, поддерживается связь в периоды неактивности и т. п.

Уровень представления данных

Уровень представления данных, или представительский уровень (Representation Layer), является своего рода проходным уровнем, основная задача которого - кодирование и декодирование информации в представление, понятное вышестоящему или нижестоящему уровню. С его помощью обеспечивается совместимость компьютерных систем, использующих разные способы представления данных.

Этот уровень удобен тем, что именно здесь выгодно использовать разные алгоритмы сжатия и шифрования данных, преобразование форматов данных, обрабатывать структуры данных, преобразовывать их в битовые потоки и т. д.

Прикладной уровень

Прикладной уровень (Application Layer) - последний «бастион» между пользователем и сетью. Он обеспечивает связь пользовательских приложений с сетевыми сервисами и службами на всех уровнях модели ISO/OSI, а также передачу служебной информации, синхронизирует взаимодействие прикладных процессов[8].

2.8 Глобальная сеть. Определение Интернет

Глобальная вычислительная сеть (ГВС или WAN - World Area NetWork) - сеть, соединяющая компьютеры, удалённые географически на большие расстояния друг от друга. Отличается от локальной сети более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.). Глобальная сеть объединяет локальные сети.

WAN (World Area Network) - глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN - сети с коммутацией пакетов (Frame relay), через которую могут "разговаривать" между собой различные компьютерные сети.

Сегодня, когда географические рамки сетей раздвигаются, чтобы соединить пользователей из разных городов и государств, ЛВС превращаются в глобальную вычислительную сеть [ГВС (WAN)], а количество компьютеров в сети уже может варьироваться от десятка до нескольких тысяч.

Internet - глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир. Сегодня Internet имеет около 15 миллионов абонентов в более чем 150 странах мира. Ежемесячно размер сети увеличивается на 7-10%. Internet образует как бы ядро, обеспечивающее связь различных информационных сетей, принадлежащих различным учреждениям во всем мире, одна с другой.

Если ранее сеть использовалась исключительно в качестве среды передачи файлов и сообщений электронной почты, то сегодня решаются более сложные задачи распределенного доступа к ресурсам. Около трёх лет назад были созданы оболочки, поддерживающие функции сетевого поиска и доступа к распределенным информационным ресурсам, электронным архивам.

Internet, служившая когда-то исключительно исследовательским и учебным группам, чьи интересы простирались вплоть до доступа к суперкомпьютерам, становится все более популярной в деловом мире.

Компании соблазняют быстрота, дешевая глобальная связь, удобство для проведения совместных работ, доступные программы, уникальная база данных сети Internet. Они рассматривают глобальную сеть как дополнение к своим собственным локальным сетям.

При низкой стоимости услуг (часто это только фиксированная ежемесячная плата за используемые линии или телефон) пользователи могут получить доступ к коммерческим и некоммерческим информационным службам США, Канады, Австралии и многих европейских стран. В архивах свободного доступа сети Internet можно найти информацию практически по всем сферам человеческой деятельности, начиная с новых научных открытий до прогноза погоды на завтра.

Кроме того, Internet предоставляет уникальные возможности дешевой, надежной и конфиденциальной глобальной связи по всему миру. Это оказывается очень удобным для фирм имеющих свои филиалы по всему миру, транснациональных корпораций и структур управления. Обычно, использование инфраструктуры Internet для международной связи обходится значительно дешевле прямой компьютерной связи через спутниковый канал или через телефон.

Электронная почта - самая распространенная услуга сети Internet. В настоящее время свой адрес по электронной почте имеют приблизительно 20 миллионов человек. Посылка письма по электронной почте обходится значительно дешевле посылки обычного письма. Кроме того, сообщение, посланное по электронной почте дойдет до адресата за несколько часов, в то время как обычное письмо может добираться до адресата несколько дней, а то и недель.

В настоящее время в сети Internet используются практически все известные линии связи от низкоскоростных телефонных линий до высокоскоростных цифровых спутниковых каналов.

Фактически Internet состоит из множества локальных и глобальных сетей, принадлежащих различным компаниям и предприятиям, связанных между собой различными линиями связи. Internet можно представить себе в виде мозаики сложенной из небольших сетей разной величины, которые активно взаимодействуют одна с другой, пересылая файлы, сообщения и т.п.

Как и во всякой другой сети в Internet существует 7 уровней взаимодействия между компьютерами: физический, логический, сетевой, транспортный, уровень сеансов связи, представительский и прикладной уровень. Соответственно каждому уровню взаимодействия соответствует набор протоколов (т.е. правил взаимодействия).

Протоколы физического уровня определяют вид и характеристики линий связи между компьютерами. В Internet используются практически все известные в настоящее время способы связи от простого провода (витая пара) до волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

Для каждого типа линий связи разработан соответствующий протокол логического уровня, занимающийся управлением передачей информации по каналу. К протоколам логического уровня для телефонных линий относятся протоколы SLIP (Serial Line Interface Protocol) и PPP (Point to Point Protocol).

Для связи по кабелю локальной сети - это пакетные драйверы плат ЛВС.

Протоколы сетевого уровня отвечают за передачу данных между устройствами в разных сетях, то есть занимаются маршрутизацией пакетов в сети. К протоколам сетевого уровня принадлежат IP (Internet Protocol) и ARP (Address Resolution Protocol).

Протоколы транспортного уровня управляют передачей данных из одной программы в другую. К протоколам транспортного уровня принадлежат TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol).

Протоколы уровня сеансов связи отвечают за установку, поддержание и уничтожение соответствующих каналов. В Internet этим занимаются уже упомянутые TCP и UDP протоколы, а также протокол UUCP (Unix to Unix Copy Protocol).

Протоколы представительского уровня занимаются обслуживанием прикладных программ. К программам представительского уровня принадлежат программы, запускаемые, к примеру, на Unix-сервере, для предоставления различных услуг абонентам. К таким программам относятся: telnet-сервер, FTP-сервер, Gopher-сервер, NFS-сервер, NNTP (Net News Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), POP2 и POP3 (Post Office Protocol) и т.д.

К протоколам прикладного уровня относятся сетевые услуги и программы их предоставления.

2.9 Адресация в Интернет, IP-адрес, ТСP-порт. Доменная система имен

Интернет в целом и, в частности, Всемирная Паутина (World Wide Web) имеют стройную систему адресации, обеспечивающую точную идентификацию каждого входящего в Сеть узла путем присвоения ему оригинального адреса, имеющего числовой вид. Подобный код, называемый IP-адресом, выглядит как 195.218.218.38 или 193.124.148.65, что позволяет обозначить все параметры, начиная от страны и заканчивая персональным компьютером каждого пользователя.

Однако большую известность имеет DNS (Domain Name System - система доменных имен). Ее задача - обеспечить уникальность каждого адреса в Сети, без необходимости запоминания чисел. Именно сервер DNS производит преобразование символьных (буквенных) адресов в числовые. Система образования доменных имен также логична и проста. Адрес любого web-сервера начинается с аббревиатуры http, обозначающей вид протокола передаваемых данных, в данном случае это HyperText Transmission Protocol (Протокол передачи гипертекста). Далее следуют двоеточие, две косые черты и латинские буквы www, после которых ставится точка. Затем идет конкретный адрес, содержащий название учреждения, персоны или аббревиатуру и, через точку, - указание на организационную или географическую принадлежность объекта. Организационная принадлежность, указываемая преимущественно для американских серверов, обозначается тремя символами, интуитивно понятными знающим английский язык: gov - правительственные, edu - образовательные, com - коммерческие, org - неправительственные и некоммерческие учреждения, mil - военные, net - сами сети. Географическая принадлежность выражается двумя символами: .ru - Россия, .uk - Великобритания, .ca - Канада, .nl - Нидерланды и т.д. Так, например, адрес web-сервера Библиотеки Конгресса США - http://www.loc.gov, Гарвардского университета - http://www.harvard.edu, автомобильной корпорации "Форд" - http://www.ford.com, Российской Академии наук (Russian Academy of Science) - http://www.ras.ru, Открытой web-мастерской в Москве - http://www.openweb.ru, Российской Государственной библиотеки - http://www.rsl.ru. Ряд стран, в числе которых Австралия и Япония, используют одновременно как географический, так и организационный код. Например, адрес технологического университета в Сиднее (University of Technology, Sidney) будет иметь вид http://www.uts.edu.au, а сайт японской корпорации Sony - http://www.sony.co.jp. С конца 90-х годов в самих США, наряду с трехсимвольными доменами первого уровня, стали широко применяться двухуровневые домены, сформированные по географическому принципу. В подобных доменных именах указывается как страна - us, так и конкретный штат - fl - Флорида, ca - Калифорния, md - Мэриленд. За этим двухступенчатым адресом следует стандартное указание объекта. Например, http://www.ci.gulfport.fl.us - официальный сайт городка Галфорт во Флориде, http://www.ci.san-leandro.ca.us - сайт города Сан Леонардо в Калифорнии.

В течении всех 90-х годов описанная система имен оставалась неизменной. Но к началу нынешнего века гигантские темпы развития Интернет привели к тому, что адресное пространство в рамках описанной системы было практически исчерпано. Особо "тесно" стало в доменах .com, .net и .org, в которых была разрешена регистрация не только американских, но любых других фирменных или персональных сайтов представителей любой страны мира. С целью разгрузить данные домены Корпорация по распределению в Интернет доменных имен и IP-номеров (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers - ICANN) дополнила существующую сетку новыми доменами первого уровня. В их число вошли: .biz, .info, .pro, .aero, .coop, .museum, .name. Распределение этих имен было произведено следующим образом:

*.biz - коммерческие компании и проекты;

*.info - учреждения, для которых информационная деятельность является ведущей (библиотеки, средства массовой информации);

*.pro - сайты сертифицированных профессионалов таких областей деятельности как врачи, юристы, бухгалтеры, а также представители других профессий, в которых персональный аспект имеет ключевое значение (pro от слов profession, professional);

*.aero - компании и персоны, непосредственно связанные с авиацией;

*.coop - корпорации, использующие совместный капитал (от слова cooperative);

*.museum - только музеи, архивы, выставки;

*.name - персональные сайты, состоящие, как правило, из двух частей: имени и фамилии: www.bruce.edmonds.name.

Помимо деятельности ICANN, весьма своеобразную работу по расширению адресного пространства Интернет провели некоторые частные компании. Их действия выразились в перекупке доменных имен у малых стран. Подобным образом в частное использование отошли домены .cc - Кокосовые острова, .tv - Тувалу, .ws - Самоа, .bz - Белиз, .nu - Ниуи. Сайты в этих доменах ныне используются любым желающим, независимо от страны или вида деятельности.

Распределением адресного пространства в пределах каждого домена, выделенного по географическому признаку, занимаются уполномоченные национальные агентства. В России эта функция возложена на Российский научно-исследовательский институт развития общественных сетей - РосНИИРОС (http://www.ripn.net). Именно в нем производится регистрация всех доменных имен второго уровня, стоящих за .ru. Там же находится и база данных, позволяющая установить, кому принадлежит тот или иной домен в российском сегменте Сети. Часто встречающиеся доменные имена третьего уровня (например, shuya2002.nm.ru) не подлежат регистрации. Любой владелец доменного имени второго уровня вправе образовать любое число подобных сайтов на своем сервере.

Совсем недавно стали вводить домен .рф. Это домен для регистрации в русском сегменте Интернета - Рунете.

При подборе и вводе web-адресов, представляющих какой-либо известный объект, будь то персона или компания, следует обязательно помнить, что в них исключены пробелы. Доменное имя, состоящее из нескольких слов, пишется слитно. Так, например, адрес официального сайта социальной сети «ВКонтакте» выглядит как http://www.vk.com, а адрес крупнейшего магазина с названием "OZON" - http://www.ozon.ru.

Система доменных имен, однако, являет лишь основу системы адресации. Каждый размещенный в Интернет документ имеет собственный адрес, обозначаемый как URL (Uniform Resource Locator) - единый указатель ресурса. URL, помимо указания доменного имени, включает также и указание пути к конкретной странице. Сайты, в большинстве своем, имеют весьма разветвленную иерархическую структуру, каркас которой составляют многочисленные директории, разделяемые косыми чертами - "/". Поэтому адрес конкретного документа, как правило, имеет вид, подобный приведенному документу с сервера ГПНТБ России: http://www.gpntb.ru/win/inter-events/crimea2003/conferr.htm. В данном случае http://www.gpntb.ru - указание сайта, win/inter-events/crimea2003 - указание пути к файлу (фактически - перечень директорий), conferr.htm - имя конкретного файла. Следует помнить, что при вводе адреса вручную ошибка даже в одном символе критична. По этой причине не рекомендуется переносить (записывать) сложные адреса на бумаге и затем вводить их вручную с клавиатуры - вероятность ошибки в этом случае очень велика. При необходимости сохранить сложный адрес имеет смысл произвести его копирование непосредственно из адресной строки в текстовой файл, а при необходимости обращения к документу - произвести обратный процесс: копирование из текстового файла в адресную строку программы, обеспечивающей работу с Интернет[7].

2.10 Стандарты Интернет

Когда говорят об "Интернет-стандарте", в большинстве случаев имеется в виду техническая спецификация протокола, программного интерфейса, схемы базы данных и тому подобных вещей. Стандарт - это своего рода "строительный блок", призванный в совокупности с другими элементами создать систему или решение. Для этого наряду со стандартами существуют также информационные документы с рекомендациями по применению стандарта или технологии для решения определенных задач. Обычно организации, занимающиеся стандартизацией, разрабатывают оба типа спецификаций.