История развития компьютерных сетей

      wAN (wide 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 сети³.

      Термин  «корпоративная сеть» также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.

      Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному  кругу пользователей, для которых  работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей. 

      Ведомственная принадлежность 

      По  принадлежности различают ведомственные  и государственные сети.

      Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории.

      Государственные сети - сети, используемые в государственных  структурах.  

      Скорость  передачи информации 

      По  скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.

      - низкоскоростные (до 10 Мбит/с);

      - среднескоростные (до 100 Мбит/с);

      - высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).

      Для определения скорости передачи данных в сети широко используется бод.

      Бод (Baud) – единица скорости передачи сигнала, измеряемая числом дискретных переходов или событий в секунду. Если каждое событие представляет собой один бит, бод эквивалентен бит/сек (в реальных коммуникациях это зачастую не выполняется).  

      Тип среды передачи информации 

      По  типу среды передачи сети разделяются на:

      - проводные коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные;

      - беспроводные с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.  

      Топология компьютерных сетей 

      Введем  определения.

      Узел  сети представляет собой компьютер, либо коммутирующее устройство сети.

      Ветвь сети - это путь, соединяющий два  смежных узла.

      Узлы  сети бывают трёх типов:

      - оконечный узел - расположен в конце только одной ветви;

      - промежуточный узел - расположен на концах более чем одной ветви;

      - смежный узел - такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не содержащим никаких других узлов.

      Способ  соединения компьютеров в сеть называется её топологией.

      Наиболее  распространенные виды топологий сетей: 

      Линейная  сеть

      Содержит  только два оконечных узла, любое  число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами. 

      Кольцевая сеть

 

      Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви. 

      Звездообразная  сеть

 

      Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел. 

      Общая шина

      В этом случае подключение и обмен данными производится через общий канал связи, называемый общей шиной. 

      Древовидная сеть

 

      Сеть, которая содержит более двух оконечных  узлов и по крайней мере два  промежуточных узла, и в которой  между двумя узлами имеется только один путь⁴. 

      Ячеистая  сеть

 

      Сеть, которая содержит, по крайней мере, два узла, имеющих два или более пути между ними. 

      Полносвязная  сеть

      Сеть, в которой имеется ветвь между  любыми двумя узлами. 

      Одноранговые  и иерархические сети 

      С точки зрения организации взаимодействия компьютеров, сети делят на одноранговые (Peer-to-Peer Network) и с выделенным сервером (Dedicated Server Network).

      Одноранговые  сети

      Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом  компьютере.

      Одноранговые  сети могут быть организованы с помощью  таких операционных систем, как LANtastic, windows'3.11, Novell Netware Lite. Указанные программы работают как с DOS, так и с windows. Одноранговые сети могут быть организованы также на базе всех современных 32-разрядных операционных систем - windows 9x\ME\2k, windows NT workstation версии, OS/2) и некоторых других.

      Достоинства одноранговых сетей:

      Наиболее  просты в установке и эксплуатации.

      Операционные  системы DOS и windows обладают всеми необходимыми функциями, позволяющими строить одноранговую сеть.

      Недостатки:

      В условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.

      Иерархические сети

      В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Такой компьютер называют сервером.

      Любой компьютер, имеющий доступ к услугам  сервера называют клиентом сети или  рабочей станцией.

      Сервер  в иерархических сетях - это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером.

      Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой (100 Мбит/с и более).

      Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы.

      Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных.

      К недостаткам иерархической сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся:

      Необходимость дополнительной ОС для сервера.

      Более высокая сложность установки  и модернизации сети.

      Необходимость выделения отдельного компьютера в  качестве сервера.

      Две технологии использования сервера

      Различают две технологии использования сервера: технологию файл-сервера и архитектуру клиент-сервер.

      В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство  программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа  и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции⁵.

      В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между  приложением-клиентом (front-end) и приложением-сервером (back-end). Хранение данных и их обработка  производится на мощном сервере, который выполняет также контроль за доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса. Разработчики приложений по обработке информации обычно используют эту технологию.

      Использование больших по объему и сложных приложений привело к развитию многоуровневой, в первую очередь трехуровневой архитектуры с размещением данных на отдельном сервере базы данных (БД). Все обращения к базе данных идут через сервер приложений, где они объединяются. 

1.3. Основные протоколы  обмена в компьютерных сетях 

      Для обеспечения согласованной работы в сетях передачи данных используются различные коммуникационные протоколы  передачи данных – наборы правил, которых  должны придерживаться передающая и  принимающая стороны для согласованного обмена данными. Протоколы – это наборы правил и процедур, регулирующих порядок осуществления некоторой связи. Протоколы – это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам при объединении в сеть общаться друг с другом.

      Существует  множество протоколов. И хотя все они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет различные цели, выполняет различные задачи, обладает своими преимуществами и ограничениями.

      Протоколы работают на разных уровнях модели взаимодействия открытых систем OSI/ISO (Рис. 1). Функции протоколов определяются  уровнем, на котором он работает. Несколько протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек, или набор, протоколов.

      Рис. 1 Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI 

      Как сетевые функции распределены по всем уровням модели OSI, так и протоколы совместно работают на различных уровнях стека протоколов. Уровни в стеке протоколов соответствуют уровням модели OSI. В совокупности протоколы дают полную характеристику функций и возможностей стека.

      Передача  данных по сети, с технической точки  зрения, должна состоять из последовательных шагов, каждому из которых соответствуют  свои процедуры или протокол. Таким  образом, сохраняется строгая очередность  в выполнении определенных действий⁶.

      Кроме того, все эти действия должны быть выполнены в одной и той же последовательности на каждом сетевом компьютере. На компьютере-отправителе действия выполняются в направлении сверху вниз, а на компьютере-получателе снизу вверх.

      Компьютер-отправитель  в соответствии с протоколом выполняет следующие действия: Разбивает данные на небольшие блоки, называемыми пакетами, с которыми может работать протокол, добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы компьютер-получатель мог определить, что эти данные предназначены именно ему, подготавливает данные к передаче через плату сетевого адаптера и далее – по сетевому кабелю.

      Компьютер-получатель в соответствии с протоколом выполняет  те же действия, но только в обратном порядке: принимает пакеты данных из сетевого кабеля; через плату сетевого адаптера передает данные в компьютер; удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную компьютером-отправителем, копирует данные из пакета в буфер – для их объединения в исходный блок, передает приложению этот блок данных в формате, который оно использует.

      И компьютеру-отправителю, и компьютеру-получателю необходимо выполнить каждое действие одинаковым способом, с тем чтобы  пришедшие по сети данные совпадали  с отправленными.

      Если, например, два протокола будут  по-разному разбивать данные на пакеты и добавлять информацию (о последовательности пакетов, синхронизации и для проверки ошибок), тогда компьютер, использующий один из этих протоколов, не сможет успешно связаться с компьютером, на котором работает другой протокол.