Организация сети Интернет

Около 20 лет назад Министерство Обороны США создало сеть, которая явилась предтечей Internet, - она называлась ARPAnet. ARPAnet была экспериментальной сетью, - она создавалась для поддержки научных исследований в военно-промышленной сфере, - в частности, для исследования методов построения сетей, устойчивых к частичным повреждениям, получаемым, например, при бомбардировке авиацией и способных в таких условиях продолжать нормальное функционирование. Это требование дает ключ к пониманию принципов построения и структуры Internet. В модели ARPAnet всегда была связь между компьютером-источником и компьютером-приемником (станцией назначения). Сеть a priori предполагалась ненадежной: любая часть сети может исчезнуть в любой момент.

На связывающиеся компьютеры - не только на саму сеть - также возложена ответственность обеспечивать налаживание и поддержание связи. Основной принцип состоял в том, что любой компьютер мог связаться как равный с равным с любым другим компьютером.

Передача данных в сети была организована на основе протокола Internet - IP. Протокол IP - это правила и описание работы сети. Этот свод включает правила налаживания и поддержания связи в сети, правила обращения с IP-пакетами и их обработки, описания сетевых пакетов семейства IP (их структура и т.п.). Сеть задумывалась и проектировалась так, чтобы от пользователей не требовалось никакой информации о конкретной структуре сети. Для того чтобы послать сообщение по сети, компьютер должен поместить данные в некий "конверт", называемый, например, IP, указать на этом "конверте" конкретный адрес в сети и передать получившиеся в результате этих процедур пакеты в сеть.

Эти решения могут показаться странными, как и предположение о "ненадежной" сети, но уже имеющийся опыт показал, что большинство этих решений вполне разумно и верно. Пока Международная Организация по Стандартизации (Organization for International Standartization - ISO) тратила годы, создавая окончательный стандарт для компьютерных сетей, пользователи ждать не желали. Активисты Internet начали устанавливать IP-программное обеспечение на все возможные типы компьютеров. Вскоре это стало единственным приемлемым способом для связи разнородных компьютеров. Такая схема понравилась правительству и университетам, которые проводят политику покупки компьютеров у различных производителей. Каждый покупал тот компьютер, который ему нравился и вправе был ожидать, что сможет работать по сети совместно с другими компьютерами.

Примерно 10 лет спустя после появления ARPAnet появились Локальные Вычислительные Сети (LAN), например, такие как Ethernet и др. Одновременно появились компьютеры, которые стали называть рабочими станциями. На большинстве рабочих станций была установлена Операционная Система UNIX. Эта ОС имела возможность работы в сети с протоколом Internet (IP). В связи с возникновением принципиально новых задач и методов их решения появилась новая потребность: организации желали подключиться к ARPAnet своей локальной сетью.

Одной из важнейших среди этих новых сетей была NSFNET, разработанная по инициативе Национального Научного Фонда (National Science Foundation - NSF), аналога нашего Министерства Науки. В конце 80-х NSF создал пять суперкомпьютерных центров, сделав их доступными для использования в любых научных учреждениях и решил построить свою собственную сеть, основанную на IP технологии ARPAnet. Центры были соединены специальными телефонными линиями по региональному принципу. В каждой части страны заинтересованные учреждения должны были соединиться со своими ближайшими соседями. Получившиеся цепочки подсоединялись к суперкомпьютеру в одной из своих точек, таким образом, суперкомпьютерные центры были соединены вместе. В такой топологии любой компьютер мог связаться с любым другим, передавая сообщения через соседей.

Это решение было успешным, но настала пора, когда сеть уже более не справлялась с возросшими потребностями. Совместное использование суперкомпьютеров позволяло подключенным общинам использовать и множество других вещей, не относящихся к суперкомпьютерам. Неожиданно университеты, школы и другие организации осознали, что заимели под рукой море данных и мир пользователей. Поток сообщений в сети (трафик) нарастал все быстрее и быстрее пока, в конце концов, не перегрузил управляющие сетью компьютеры и связывающие их телефонные линии. В 1987 г. контракт на управление и развитие сети был передан компании Merit Network Inc., которая занималась образовательной сетью Мичигана совместно с IBM и MCI. Старая физически сеть была заменена более быстрыми (примерно в 20 раз) телефонными линиями и более быстрыми сетевыми управляющими машинами.

Усилия NSF по развитию сети привели к тому, что любой желающий может получить доступ к сети. NSF способствовал всеобщей доступности Internet по линии образования, вкладывая деньги в подсоединение учебного заведения к сети, только если то, в свою очередь, имело планы распространять доступ далее по округе. И потребности продолжают расти.

Возможности Интернет

Для одних Интернет - это возможность поиска информации в каталогах тысяч подключенных к сети библиотек, принять участие в компьютерных играх или обменяться программами. Другие, благодаря Интернет, превращают свои компьютеры в подобие любительской радиостанции, позволяющей поболтать, о чем годно с любым из миллионов пользователей. С помощью сети можно пообщаться с другом или посоветоваться с абсолютно незнакомым собеседником, отдаленным от вас на тысячи миль.

Как универсальное средство коммуникации Интернет находит применение в самых различных сферах деятельности:

Издательское дело: IBM затевает электронный журнал; планируется издание информационных бюллетеней, а также книг.

Торговля: компьютерный магазин Home Shopping предлагает 15 тыс. наименований товаров.

Бизнес: корпорация General Electric использует сеть для распространения технической документации, а всего в Интернет более 21 000 адресов фирм и компаний.

Радиовещание: проводятся эксперименты по цифровой подаче звуковых сигналов и видеофрагментов на подключенные к сети ПК.

Реклама: интерактивная реклама - новый способ предложить товары и услуги потребителю; в число рекламодателей вошли Volvo, IBM, Bank of America.

Не удивительно, что Интернет все активнее вовлекается в сферу бизнеса, где ее используют для ведения деловых операций. Множество компаний различных стран мира, в том числе такие крупные корпорации, как IBM, AT&T, Ford, Merrill Lynch, J. P. Morgan, Dun & Bradstreet, J. C. Penney, Mitsubishi, да и сотни вновь образовавшихся фирм уже попали в число клиентов сети или намерены в ближайшее время стать ими.

Некоторые компании немало выиграли от использования Интернет, получив весьма ощутимое преимущество в конкурентной борьбе. Например, Tupperware использует сеть для виртуальных "встреч" с потребителями. Страничка The Rolling Stones на WWW под названием Voodoo Lounge помогает абоненту выбрать что-нибудь для себя среди многочисленных дисков этой группы. IBM же знакомит пользователей сети с материалами своего журнала Think, рассказывающего о деятельности корпорации, ее продукции и новостях IBM в области НИОКР.

Среди пользователей сети есть компании, вынашивающие далеко идущие планы. Их цель - заложить фундамент для совершенно новых возможностей ведения бизнеса, когда поставщики комплектующих, крупные клиенты, а в перспективе и миллионы потенциальных покупателей смогут контактировать по сети непосредственно с соответствующими отделами компаний. Ряд фирм электронной промышленности, среди которых Intel, Hewlett-Packard, IBM и Apple Computer, уже напряжено работают над созданием на базе Интернет единого рынка товаров и услуг CommerceNet. Если данный проект удастся реализовать, то практически полностью будет устранен изнурительный документооборот в компаниях-участницах CommerceNet. Исчезнет необходимость в бланках заказов и счетов и не придется больше тиражировать и рассылать по почте многочисленные технические спецификации.

Возможности WWW таковы, что позволят компаниям не только привлечь новых клиентов, но и сэкономить значительные средства на рекламе, почтовых и канцелярских расходах.

Сеть Интернет способна стать эффективным средством рекламы, маркетинга, сбыта продукции и послепродажного обслуживания клиентов. Глобальные сети типа Интернет с успехом заменят телефон, факс, экспресс-почту и прочие средства коммуникации. Наконец, они помогут фирмам наладить прямые контакты с покупателями продукции, выведя отношения с ними на новый уровень, позволяющий получать оперативную информацию о конъюнктуре рынка и изменениях в структуре потребительского спроса. Так, Volvo и Alfa Romeo с помощью WWW обеспечивают "виртуальных" покупателей техническими данными и фотоснимками перспективных моделей. Компания J. P. Morgan & Co. предоставляет клиентам доступ к базе данных по управлению финансовыми рисками, а Hyatt Hotels Corp. использует сеть для рекламы своих фешенебельных гостиниц и отелей, расположенных в курортной зоне, обещая скидки всем, кто свяжется с ней по Интернет.

Плацдарм корпорации General Electric Co. в Интернет - ее дочерняя компания GE Plastics - обещает снабжать специалистов технической информацией о производимых ею пластмассах в объеме свыше 1500 страниц.

Корпорация Xerox дает потенциальным клиентам "обкатать" в сетях семейства Интернет новое программное обеспечение.

Не отстает от других и Digital Equipment Corp., предлагающая пользователям выяснить, сколь быстро будут выполняться их программы на компьютерах с микропроцессором Alpha.

Даже адвокатские конторы не остались равнодушными к возможностям Интернет. Так, юридическая фирма из Бостона Hale & Dorr подключилась к системе Интернет в целях снижения издержек рутинных операций и их ускорения.

Dun & Bradstreet Corp. планирует не позднее чем через год перейти на осуществление крупных операций через систему сетей Интернет. А ее дочерняя фирма R. H. Donnelly собирается создать рекламно-информационный справочник наподобие телефонной книги Yellow Pages, с которым можно будет работать через WWW. Щелкнув клавишей мыши и настроившись на определенную рекламу, вы немедленно подключитесь к WWW-серверу соответствующего рекламодателя, чтобы ознакомиться с электронным каталогом его товаров и при желании разместить свой заказ. Когда-нибудь возможности сервера R. H. Donnelly будут таковы, что пользователь просто выберет по каталогу любые видеофильмы и, перелистывая их, как страницы книги, сможет просматривать 30-секундные фрагменты этих картин.

А некоторые фирмы уже сегодня "торгуют" с помощью Интернет, делая на этом свой бизнес. Среди них и Robert Redford`s Sundance Catalog Inc. из г. Парк-Сити (шт. Юта), продающая по почте изделия ручной работы местных мастеров.

Однако наряду с многочисленными достоинствами у Интернет есть и существенные недостатки. В Интернет до сих пор отсутствует механизм, обеспечивающий бизнесменам конфиденциальность сведений о заключаемых сделках. Особенно важна защита информации для банковских и прочих финансовых сетей. Неудивительно, что компании избегают пользоваться онлайновыми сетями для передачи таких данных, как номера кредитных карточек, и прочей информации, сопровождающей совершение операций купли-продажи. Но уже в ближайшее время данная проблема будет решена.

Самые популярные возможности Internet поддерживаются стандартом. Для более конкретного описания команд следует смотреть документацию соответствующего программного обеспечения. Впрочем, большинству достаточно той информации и разъяснений, которые можно найти в интерактивных системах подсказок (help-aх) или файлах описания.

Статистический анализ был проведен по количеству пакетов, а не пересылаемых объемов. Размеры же пакетов могут отличаться на порядки: пакеты могут быть от 20 байт до примерно 15 KB (принципиальных ограничений не существует, имеющиеся ограничения связаны с эффективностью пересылки информации при наличии искажений и задержек на повторную пересылку) Статистика по пакетам показывает не загруженность сети, но частоту использования данного протокола, в некотором роде, его популярность.

Свойства сети Интернет

Современные сети построены по многоуровневому принципу. Чтобы организовать связь двух компьютеров, требуется сначала создать свод правил их взаимодействия, определить язык их общения, т.е. определить, что означают посылаемые ими сигналы и т.д. Эти правила и определения называются протоколом. Для работы сетей необходимо запастись множеством различных протоколов: например, управляющих физической связью, установлением связи по сети, доступом к различным ресурсам и т.д. Многоуровневая структура спроектирована с целью упростить и упорядочить это великое множество протоколов и отношений. Взаимодействие уровней в этой модели - субординарное. Каждый уровень может реально взаимодействовать только с соседними уровнями (верхним и нижним), виртуально - только с аналогичным уровнем на другом конце линии.

Под реальным взаимодействием мы подразумеваем непосредственное взаимодействие, непосредственную передачу информации, например, пересылку данных в оперативной памяти из области, отведенной одной программе, в область другой программы. При непосредственной передаче данные остаются неизменными все время. Под виртуальным взаимодействием мы понимаем опосредованное взаимодействие и передачу данных; здесь данные в процессе передачи могут уже определенным, заранее оговоренным образом видоизменяться.

Такое взаимодействие аналогично схеме цепи посылки письма одним директором фирмы другому. Например, директор некоторой фирмы пишет письмо редактору газеты. Директор пишет письмо на своем фирменном бланке и отдает этот листок секретарю. Секретарь запечатывает листок в конверт, надписывает конверт, наклеивает марку и передает почте. Почта доставляет письмо в соответствующее почтовое отделение. Это почтовое отделение связи непосредственно доставляет письмо получателю - секретарю редактора газеты. Секретарь распечатывает конверт и, по мере надобности, подает редактору. Ни одно из звеньев цепи не может быть пропущено, иначе цепь разорвется: если отсутствует, например, секретарь, то листок с письменами директора так и будет пылиться на столе у секретаря.

Здесь мы видим, как информация (лист бумаги с текстом) передается с верхнего уровня вниз, проходя множество необходимых ступеней - стадий обработки. Обрастает служебной информацией (пакет, адрес на конверте, почтовый индекс; контейнер с корреспонденцией; почтовый вагон, станция назначения почтового вагона и т.д.), изменяется на каждой стадии обработки и постепенно доходит до самого нижнего уровня - уровня почтового транспорта (гужевого, автомобильного, железнодорожного, воздушного и т.д.), которым реально перевозится в пункт назначения. В пункте назначения происходит обратный процесс: вскрывается контейнер и извлекается корреспонденция, считывается адрес на конверте и почтальон несет его адресату (секретарю), который восстанавливает информацию в первоначальном виде, - достает письмо из конверта, прочитывает его и определяет его срочность, важность, и в зависимости от этого передает информацию выше. Директор и редактор, таким образом, виртуально имеют прямую связь. Ведь редактор газеты получает в точности ту же информацию, которую отправил директор, а именно - лист бумаги с текстом письма. Начальствующие персоны совершенно не заботятся о проблемах пересылки этой информации. Секретари также имеют виртуально прямую связь: секретарь редактора получит в точности то же, что отправил секретарь директора, а именно - конверт с письмом. Секретарей совершенно не волнуют проблемы почты, пересылающей письма. И так далее.

Аналогичные связи и процессы имеют место и в эталонной модели ISO OSI. Физическая связь реально имеет место только на самом нижнем уровне (аналог почтовых поездов, самолетов, автомобилей). Горизонтальные связи между всеми остальными уровнями являются виртуальными, реально они осуществляются передачей информации сначала вниз, последовательно до самого нижнего уровня, где происходит реальная передача, а потом, на другом конце, обратная передача вверх последовательно до соответствующего уровня.

Модель ISO OSI предписывает очень сильную стандартизацию вертикальных межуровневых взаимодействий. Такая стандартизация гарантирует совместимость продуктов, работающих по стандарту какого-либо уровня, с продуктами, работающими по стандартам соседних уровней, даже в том случае, если они выпущены разными производителями. Количество уровней может показаться избыточным, однако же, такое разбиение необходимо для достаточно четкого разделения требуемых функций во избежание излишней сложности и создания структуры, которая может подстраиваться под нужды конкретного пользователя, оставаясь в рамках стандарта.

1.2 Принципы организации сети Интернет

Трудно определить, где конкретно расположена Internet. Аппаратное обеспечение, поддерживающее Internet, состоит из компьютеров в сетях и кабелей между ними. Поэтому Internet - это компьютеры в сети и все телефонные кабели, как и все части спутников, использующие для работы телефонную сеть. Однако самая важная и интересная часть Internet - это люди, которые используют ее, а вовсе не ее аппаратное обеспечение. Сегодня большинство людей общаются с Internet через свои персональные компьютеры или терминалы, расположенные у них дома или на рабочих местах. Когда вы используете свой персональный компьютер для подсоединения к большому компьютеру в Internet, вы и ваш компьютер также становитесь частью Internet. Даже когда вас нет возле компьютера, люди могут обратиться к вам, послав электронное письмо, которое будет ожидать, когда вы подсоединитесь к Internet. Если вы считаете, что люди - самый важный ресурс Internet, то определить, где располагается Internet, будет легко: по всему миру! Вы можете найти людей, соединяющихся с Internet, практически в любой стране мира. Конечно, некоторые страны, такие как Соединенные Штаты Америки, имеют больше соединений, чем другие страны, но в Internet можно найти людей отовсюду [18, с.15].

Большинство людей, размышляя о компьютерных сетях, прежде всего, представляют себе множество разнообразной и загадочной аппаратуры для их поддержки. Однако в работе Internet программное обеспечение вызывает больше интереса, чем аппаратура. Хотя, конечно, самый большой интерес вызывают люди и то, что они делают со всеми этими программами и "железяками". Но поскольку большинству людей обычно легче разбирать принципы функционирования аппаратного обеспечения, чем копаться в ключах и возможностях программ, то рассмотрим аппаратуру.

Поскольку Internet является сетью сетей и каждая сеть состоит из компьютеров и соединений между ними, аппаратное обеспечение Internet выглядит точно так же, как и аппаратное обеспечение других компьютерных сетей (может быть, лишь немного привлекательнее). Вы не сможете найти различий между Internet и любой солидной корпоративной сетью, если будете смотреть только на аппаратное обеспечение.

Как уже говорилось ранее, когда вы регистрируетесь в одной из этих сетей, вы и ваш персональный компьютер являетесь частью Internet. Таким образом, аппаратное обеспечение Internet включает в себя все домашние и коммерческие ПК, которые принадлежат пользователям Internet. Телефонные линии, которые вы используете, также являются частью Internet, так как вы применяете их для подсоединения к вашему распространителю услуг Internet.

Компьютеры, которые напрямую подключены к Internet, обычно больше и мощнее стандартных ПК, но не всегда. Фактически почти любой компьютер (от громадного мейнфрейма до стандартного настольного ПК) может выполнять программное обеспечение, необходимое для прямого подключения к Internet.

Некоторые компьютеры в Internet соединены с помощью стандартных телефонных линий, но многие соединены специальными выделенными линиями для передачи данных - линиями, которые разработаны и используются исключительно компьютерными сетями. Выделенные линии обычно надежнее стандартных телефонных линий и передают данные намного быстрее.

Сегодня большинство выделенных линий создано на той же основе, что и телефонные линии: на медном проводе. Однако выделенные линии проходят через коммутаторы, которые коренным образом отличаются от коммутаторов на телефонных линиях, и, в частности, это происходит потому, что соединения между двумя концами связи здесь могут быть различными. Иногда выделенные линии используют волоконно-оптические кабели, которые позволяют передать намного больше данных, чем их стандартные медные коллеги.

Сетевые устройства и средства коммуникаций

В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели:

стоимость монтажа и обслуживания;

скорость передачи информации;

ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей/репитеров);

безопасность передачи данных.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

Витая пара

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое "витой парой". Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и беспроблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащитен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.

Широкополосный коаксиальный кабель

Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).

Еthernet-кабель

Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet или желтый кабель. Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.

Сheapernеt-кабель

Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель, или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в десять миллионов бит/с. При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (T-connectors).

Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате и как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала.

Оптоволоконные линии

Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противоподслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в JIBC с помощью звездообразного соединения.

Таблица 1.1 - Показатели трех типовых сред для передачи

Существует ряд принципов построения ЛВС на основе выше рассмотренных компонентов. Такие принципы еще называют - топологиями.

Принципы построения локальных вычислительных сетей

В мире существуют тысячи разнообразных компьютерных сетей. Наиболее существенными признаками, определяющими тип сети, являются степень территориального рассредоточения, топология и применяемые методы коммутации. Классификация компьютерных сетей в соответствии с этими признаками приведена на рис.1.1

Рисунок 1.1 - Классификация компьютерных сетей

По степени территориального рассредоточения компьютерные сети делятся на локальные, региональные и глобальные. Локальные вычислительные сети (ЛВС) объединяют абонентов, которые размещаются на ограниченной территории и привязаны к одному месту (зданию, предприятию, учреждению). Отличительной чертой ЛВС является большая скорость передачи данных, низкий уровень ошибок и использование дешевой среды передачи данных. Наиболее известными ЛВС являются Ethernet и Token Ring. Региональные вычислительные сети располагаются в пределах определенного территориального региона (группы предприятий, города, области и т.д.). Региональные вычислительные сети имеют много общего с ЛВС, но они по многим параметрам более сложные и комплексные. Поддерживая большие расстояния, они могут использоваться для объединения нескольких ЛВС в интегрированную сетевую систему. Глобальные вычислительные системы охватывают территорию государства или нескольких государств и имеют протяженность в сотни и тысячи километров. Глобальные вычислительные сети часто объединяют многие локальные и региональные сети. По сравнению с локальными большинство глобальных сетей отличает медленная скорость передачи и более низкая надежность. Наиболее известной глобальной сетью является сеть Internet.

Топология - это геометрическая схема соединения узлов сети. Большинство сетей поддерживают одну их пяти основных топологий: кольцевую (кольцо), шинную (шина), звездообразную (звезда), древовидную (дерево) и полносвязную. На рис.2 изображена структура каждой из этих топологий (квадратами на рисунке обозначены компьютеры).

Шина

Шинная топология Кольцевая топология Звездообразная топология

Рисунок 1.2 - Структура топологий

Топология типа звезда

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

Центральный узел управления - файловый сервер мотает реализовать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

Кольцевая топология

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3.

Кольцевая топология с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять "в дорогу" по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов, которые по-русски иногда называют "хаб". В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

Шинная топология

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети. Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.

Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, через которые можно отключать и/или включать рабочие станции во время работы вычислительной сети.

Таблица 1.2 - Характеристики топологий вычислительных сетей

Благодаря тому, что рабочие станции можно включать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.

В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке снижаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access Point - точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.

В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.

Услуги, предоставляемые сетью

Компьютерные сети в зависимости от назначения могут предоставлять пользователям различные услуги (сервисы). Наиболее распространенными видами услуг являются:

электронная почта;

телеконференции;

передача файлов;

удаленное управление компьютером.

Каждый вид услуг регламентируется протоколами. Эти протоколы реализуют соответствующие службы.

Предоставление услуг Internet построено по схеме "клиент - сервер". Предоставление услуг осуществляется совместной работой двух процессов: на компьютере пользователя и на компьютере-сервере. Процесс на компьютере пользователя называется клиентом, а на компьютере-сервере - сервером. Клиент и сервер являются, по сути, частями одной программы, взаимодействующие по виртуальной связи в сети. Сервер по указаниям клиента выполняет соответствующие действия, например, пересылает клиенту файл. Для предоставления услуги совершенно необходимо наличие двух этих модулей - клиента и сервера, и их одновременная согласованная работа. Взаимодействие клиента и сервера описывается соответствующими стандартными протоколами, поэтому клиент и сервер могут быть выпущены совершенно разными производителями и работать на разнородных компьютерах. Поэтому же существует небольшая проблема нестандартности интерфейса клиента непосредственно уже с пользователем. Это взаимодействие может иметь совершенно различную форму: интерактивную, командную и т.д. Системы команд могут различаться. Но от этого сами возможности не изменяются, поскольку клиент и сервер всегда взаимодействуют одинаково - согласно протоколу.

Так как прикладным обеспечением снабжают по большей части через локальные сети, в разговоре о приложениях возникает вышеупомянутая проблема: команды, сообщения, справки, подсказки и т.п. в разных локальных сетях могут в той или иной степени отличаться. Об этом не следует забывать при чтении руководств пользователя: сообщения могут отличаться, но смысл их будет такой же, то же касается и команд. Даже если они слегка отличаются, не стоит волноваться, большинство приложений имеет разумную систему подсказок и описание набора команд, где вы детально и конкретно сможете разузнать все, что вам понадобится.

Наиболее широко используемой услугой компьютерных сетей является электронная почта. Электронная почта похожа на обычную почту. С ее помощью письмо (текст), снабженное стандартным заголовком (конвертом), доставляется по указанному адресу и помещается в файл, называемый почтовым ящиком. Почтовый ящик может находиться на любом компьютере сети, к которому есть доступ от компьютера-адресата. Электронная почта гораздо оперативней и удобней обычной. Письмо электронной почтой доставляется практически в любую точку земного шара за считанные минуты или часы. Адресат может достать из почтового ящика и прочитать письмо в любое удобное для него время. Для обслуживания электронной почты на компьютере имеются специальные программы, образующие почтовую службу.

Это самое популярное на сегодня использование Internet у нас в стране. Оценки говорят, что в мире имеется более 50 миллионов пользователей электронной почты. В целом же в мире трафик электронной почты (протокол smtp) занимает только 3,7% всего сетевого. Популярность ее объясняется, как насущными требованиями, так и тем, что большинство подключений - подключения класса "доступ по вызову" (с модема), а у нас в Украине, вообще, в подавляющем большинстве случаев - доступ UUCP. E-mail доступна при любом виде доступа к Internet. С ее помощью вы можете посылать сообщения, получать их в свой электронный почтовый ящик, отвечать на письма ваших корреспондентов автоматически, используя их адреса, исходя из их писем, рассылать копии вашего письма сразу нескольким получателям, переправлять полученное письмо по другому адресу, использовать вместо адресов (числовых или доменных имен) логические имена, создавать несколько подразделов почтового ящика для разного рода корреспонденции, включать в письма текстовые файлы, пользоваться системой "отражателей почты" для ведения дискуссий с группой ваших корреспондентов и т.д. Из Internet вы можете посылать почту в сопредельные сети, если вы знаете адрес соответствующего шлюза, формат его обращений и адрес в той сети.

Используя e-mail, вы можете пользоваться ftp в асинхронном режиме. Существует множество серверов, поддерживающих такие услуги. Вы посылаете e-mail в адрес такой службы, содержащую команду этой системы, например, дать листинг какой-то директории, или переслать файл такой-то к вам, и вам приходит автоматически ответ по e-mail с этим листингом или нужным файлом. В таком режиме возможно использование почти всего набора команд обычного ftp. Существуют серверы, позволяющие получать файлы по ftp не только с них самих, но с любого ftp-сервера, который вы укажете в своем послании e-mail. (Подробнее смотрите ниже в этом же разделе). E-mail дает возможность использования в асинхронном режиме не только ftp, но и других служб, имеющих подобные сервера, предоставляющие такие услуги. Например, сетевых новостей, Archie, Whois. Пересылать по e-mail можно и двоичные файлы, не только текстовые. В UNIX, например, для этого используется программы UUENCODE и UUDECODE.

Много полезнейшей информации находится в RFC-документах. Конкретно о e-mail (протокол smtp) можно прочитать, например, в RFC 821, 822.

Поскольку почта остается одной из самых популярных услуг Internet, видимо, она будет все больше развиваться в Internet. Электронная почта Internet имеет большое преимущество по сравнению с другими службами Internet - доступность практически каждому пользователю этой сети (независимо от того, насколько пользователь захвачен всеобщей компьютероманией, он все равно поймет электронное сообщение, так как оно практически ничем не отличается от обычной бумажной почты). Если вы вспомните о массе разнообразных вещей, которые вы обнаруживаете в своем почтовом ящике, то вы получите представление и о том, что ожидает в будущем электронную почту Internet.

Существует множество систем электронной почты, различающихся протоколами реализации почтовой службы. Эти протоколы определяют формат почтового сообщения. Обычно это сообщение включает такие поля:

адрес отправителя и адрес (адреса) получателей;

идентификатор сообщения, уникальный для каждого письма. Его можно использовать для ссылок на письмо как на исходящий номер;

отметки о прохождении письма через промежуточные компьютеры (аналог почтового штемпеля);

тема письма. Почтовая служба может отсортировать письма по темам;

собственно текст письма.

Не все поля обязательно должны присутствовать. Некоторые поля почтовая служба добавляет автоматически (штемпель, дату и время), другие задает автор письма (адреса отправителя и получателя, тему). Современные почтовые службы позволяют также выполнять операции форматирования для текста письма (выбор шрифта, его размера, вставка элементов отображения). Некоторые почтовые службы допускают возможность наличия в письме вложения в виде файла. Файл может находиться внутри письма или письмо может содержать только ссылку на файл в виде пиктограммы. В последнем случае файл с письмом не передается. Ссылаться можно как на файлы, находящиеся на компьютере отправителя, так и на любом другом доступном компьютере сети. Для получения файла достаточно щелкнуть мышью по пиктограмме файла. Почтовая служба самостоятельно выполнит все операции по пересылке файла.

Телеконференции. Идея телеконференции заключается в том, что любой пользователь, желающий что-то высказать, посылает в сеть сообщение. Это сообщение становится доступным для всех пользователей сети и каждый может его читать. Чтобы читателю легче было ориентироваться в потоке сообщений, все сообщения разбиваются на группы по темам. Такие группы называются группами новостей. На каждом сообщении, посылаемом на телеконференцию, автор указывает, к какой группе новостей оно относится. Имена групп новостей состоят из нескольких слов, разделенных точками. Первое слово обозначает широкую область, к которой относится группа, а каждое последующее уточняет тему. Например, в имени группы Компьютер. Язык. Бейсик первое слово обозначает, что тема этой группы связана с компьютерами, второе слово - с языками программирования, а третье слово определяет конкретный язык программирования. Для того, чтобы получать сообщения той или иной группы, читатель должен на нее подписаться. Подписка заключается в посылке на сервер групп новостей специального сообщения, в котором указываются группы новостей, на которые подписывается пользователь. После подписки пользователь может читать все сообщения группы. Он может также посылать свои сообщения в группу новостей. При необходимости можно отказаться от подписки на любую группу. Для поддержки телеконференций используются специальные программы, реализующие протоколы обмена новостями. В некоторых сетях для обмена сообщениями групп новостей используется почтовая служба.

Одной из важных услуг, предоставляемых компьютерной сетью, является возможность доступа к файлам и каталогам пользователей, размещенных на других, удаленных компьютерах сети. Доступ к таким каталогам и файлам возможен только с разрешения пользователя, на компьютере которого размещены указанные файлы. В разрешении указываются имена пользователей, которым разрешен доступ, пароли, по которым осуществляется доступ, а также вид доступа (например, только чтение файла или чтение и запись). К некоторым каталогам и файлам может быть разрешен свободный доступ по чтению без указания пароля. Пользователь, получивший доступ, может просматривать каталоги и файлы, копировать их на свой компьютер или выполнять другие действия в рамках предоставленных ему прав. Службы передачи файлов реализуют также услуги поиска файлов по именам или индексам ключевых слов для файлов.

Доски объявлений (USENET news). Это так называемые сетевые новости или дискуссионные клубы. Они дают вам возможность читать и посылать сообщения в общественные (открытые) дискуссионные группы. На самом деле, они представляют собой сетевой вариант досок объявлений (BBS: Bulletin Board System), изначально работавших на машинах с модемным доступом. "Новости" представляют собой сообщения адресуемые широкой публике, а не конкретному адресату. Сообщения эти могут быть совершенно разного характера: от сообщения о только что произошедшем великом событии, до вопроса о буридановом осле. Узлы сети, занимающиеся обслуживанием системы новостей, при получении пакета новостей рассылают его своим соседям, если те еще не получили такой новости. Получается лавинообразное широковещание, обеспечивающее быструю рассылку новостного сообщения по всей сети. Эта замечательная возможность Internet, увы, недоступна по e-mail широко (соответствующих серверов существуют единицы), но асинхронный режим имеется. Для пользования этой службой лучше иметь доступ в Internet, позволяющий проводить сеансы работ на сетевых рабочих машинах, т.е. доступ класса не ниже доступа по вызову к какой-нибудь действительно сетевой машине. UUCP также позволяет иметь доступ к доскам объявлений, но в таком виде сервис все-таки хуже.

Сетевой трафик новостей очень шумный, частый и короткий: сервер посылает запрос на ваш компьютер о его желании заполучить очередной пункт из огромного списка групп новостей, а тот каждый раз отвечает: да или нет. И так около полутора тысяч раз, потом идет такой же разговор о посланиях в выбранных группах обсуждений. Такой трафик вместе с самой пересылкой новостей составляет около 1% от общего.

При установке клиент-программы на вашем компьютере, вы создаете список тех дискуссионных кружков, в которых хотите участвовать и чьи объявления (бюллетени) вы будете постоянно получать, а также список-фильтр тех групп и подгрупп, которых вам совсем не хочется, вместе со всеми их возможными подгруппами, подподгруппами и т.д. Имеется семь основных категорий: comp - вычислительная техника и все с ней связанное; news - разработчики системы новостей и новости в этих разработках; rec - хобби, отдых, развлечение и т.д.; sci - наука; soc - социальные темы; talk - обо всем и ни о чем (здесь же о религии, об искусстве); misc - все остальное.