Сетевые информационные технологии

 

В 1960-е годы появились первые вычислительные сети (ВС) с ЭВМ. С этого времени, собственно, и появляются сетевые информационные технологии, позволявшие объединить технологии сбора, хранения, передачи и обработки информации на ЭВМ с техникой связи.

Сеть (Network) – это взаимодействующая совокупность объектов, связанных друг с другом линиями связи.

В информационных процессах, системах и технологиях под термином “сеть” понимают, как минимум, несколько компьютеров и иных вычислительных машин, соединённых между собой с помощью специального оборудования для обеспечения вычислений и обмена различными видами информации. Сложные сети подразумевают большое количество пользователей, разветвлённую структуру, узлы коммутации и коммуникации, соединяющие всех в единую структуру.

Основу сетевых технологий составляют вычислительные сети – средства связи (телекоммуникации), с помощью которых распределённые в пространстве компьютеры объединяются в систему.

Вычислительная сеть ( компьютерная сеть ) – система, обеспечивающая обмен данными между вычислительными устройствами (компьютеры, серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило, – различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения [20].

По территориальной распространенности вычислительные сети классифицируют на нательные компьютерные сети, персональные сети, локальные вычислительные сети, кампусные сети, глобальные вычислительные сети.

Нательной компьютерной сетью (BAN – Body Area Network) –называют беспроводную сеть надеваемых компьютерных устройств.

Персональной сетью (PAN – Personal Area Network) – называют сеть, принадлежащую собственнику и предназначенную для взаимодействия различных устройств.

Локальной вычислительной сетью (LAN–Local Area Network) – называют компьютерную сеть, покрывающую обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий. Они являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешён только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.

Кампусной сетью (CAN–Campus Area Network) – называют сеть, объединяющую локальные сети близко расположенных зданий.

Городской вычислительной сетью (MAN–Metropolitan Area Network) – называют сеть, объединяющую компьютеры в пределах города.

Глобальной вычислительной сетью (WAN – Wide Area Network) – называют сеть, покрывающую большие географические регионы, включающую в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Они являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.

В глобальных вычислительных сетях компьютеры (host-узлы), взаимодействуют между собой с помощью коммуникационных каналов передачи данных и специального программного обеспечения – сетевых операционных систем. Хост-компьютеры – это мощные многопользовательские вычислительные системы (сервера), а также специализированные компьютеры, выполняющие функции коммуникационных узлов. Пользователи персональных компьютеров становятся абонентами такой сети после подключения своих компьютеров к её основным узлам.

Крупнейшим глобальным вычислительным сетям относят интернет (Internet) и Фидонет (FidoNet).

Интернет (Internet) – это всемирная система объединённых компьютерных сетей для хранения и передачи информации. Построена на базе стека протоколов TCP/IP (набор сетевых протоколов передачи данных, используемых в сетях). На основе Интернета работает Всемирная паутина (WWW – World Wide Web) и множество других систем передачи данных.

Интернет образует интегрированную информационную сеть (интерсеть) – совокупность расположенных в различных странах взаимосвязанных информационных сетей, называемых подсетями.

В зависимости от принятого способа управления сети делятся на централизованные, децентрализованные и смешанные.

Интернет – децентрализованная интерсеть. Принцип её построения заключается в организации магистралей (высокоскоростных телефонных, радио, спутниковых и других линий связи) между центральными узловыми станциями.

Рост информационных систем, объединяющихся между собой для обмена информацией и решения других задач, инициировал создание международных сетей, а затем и Интернета. Это способствовало появлению интернет технологий.

Интернет технологии – это совокупность правил и процедур, в результате выполнения которых происходит получение пользователем информационных ресурсов Интернета.

Современные сетевые технологии предоставляют возможность работать в отложенном (оффлайн) и интерактивном (онлайн) режиме, обеспечивают связь с любыми доступными информационными источниками, позволяют осуществлять профессионально-ориентированное консультирование и обучение и др.

Онлайновые технологии (On line) – это средства коммуникации сообщений в сетевом информационном пространстве, обеспечивающие синхронный обмен информацией в реальном времени.

Онлайновые технологии включают интерактивные виды услуг в интернете: ISQ, интернет-телефонию и др.

Оффлайновые технологии (Off line) – это средства электронной коммуникации сообщений в сетевом информационном пространстве, допускающие существенную асинхронность в обмене данными и сообщениями.

Оффлайновые технологии включают списки рассылки, группы новостей, веб-форумы, электронную почту и т.д.

В информационных сетях управляющие системы называются серверами.

Сервер (Server) – это подключенная к сети, достаточно мощная вычислительная машина для выполнения на ней сервисного программного обеспечения. Сетевые узлы с серверами, называют хостами. Обычно они становятся провайдерами Интернета.

Серверы обычно выполняют функции административного управления в сети и при этом называются администраторамисистемы. В их задачи входит проверка работоспособности системы (каналов, компьютеров, программ и т.п.); выявление сбоев, несанкционированного доступа и других нарушений в сети; восстановление работоспособности сети; учёт работы сети, подготовка отчётов о её работе и предоставление пользователям информации о ресурсах сети.

По назначению серверы делятся на файловый, коммуникационный, приложений, почтовый и др. Кроме того, в сетях используют сервер баз данных (“Data Base Server”), принт-сервер, факс-сервер и др.

По архитектуре вычислительные сети классифицируют на клиент-сервер и одноранговая сеть (децентрализованная или пиринговая сеть).

Клиент-сервером (Client-server) – называют вычислительную или сетевую архитектуру, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (серверами), и заказчиками услуг (клиентами). Фактически клиент и сервер являются программными обеспечениями. Программы, – сервера, ожидают от клиентских программ запросы и предоставляют им свои ресурсы в виде данных или сервисных функций. Поскольку одна программа-сервер может выполнять запросы от множества программ-клиентов, ей может потребоваться высокопроизводительная вычислительная машина. Из-за особой роли этой машины в сети, специфики её оборудования и программного обеспечения её так же называют сервером.

Одноранговой (peer-to-peer, P2P – равный к равному) сетью называют оверлейную компьютерную сеть, основанную на равноправии участников. Иногда в такой сети отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел является как клиентом, так и выполняет функции сервера. В отличие от архитектуры клиент-сервера, такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов. Участниками сети являются пиры.

Структура построения сетей (топология) в первую очередь определяется способом соединения компьютеров между собой.

Топология – это описание способа физического соединения серверов и рабочих станций в сеть.

Классификация вычислительные сети по типу сетевой топологии:

Шина – это общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы для предотвращения отражения сигнала.

Кольцо – это топология, в которой каждый компьютер соединён линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передаёт. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приёмник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.

Двойное кольцо – топология, построенная на двух кольцах. Первое кольцо – основной путь для передачи данных. Второе – резервный путь, дублирующий основной. При нормальном функционировании первого кольца данные передаются только по нему. При его выходе из строя оно объединяется со вторым и сеть продолжает функционировать. Данные при этом по первому кольцу передаются в одном направлении, а по второму-в обратном. Примером может служить сеть FDDI.

Звезда – базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, «дерево»). Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом возлагается очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению сетью.

Ячеистая топология (Mesh Topology) – сетевая топология компьютерной сети, построенная на принципе ячеек, в которой рабочие станции сети соединяются друг с другом и способны принимать на себя роль коммутатора для остальных участников. Данная организация сети является достаточно сложной в настройке, однако при такой топологии реализуется высокая отказоустойчивость. Как правило, узлы соединяются по принципу " каждый с каждым". Таким образом, большое количество связей обеспечивает широкий выбор маршрута следования трафика внутри сети – следовательно, обрыв одного соединения не нарушит функционирования сети в целом.

Решётка (Grid network, иногда также mesh, например 3D-mesh) – это топология, в которой узлы образуют регулярную многомерную решётку. При этом каждое ребро решётки параллельно её оси и соединяет два смежных узла вдоль этой оси.

Дерево – это топология сетей, в которой каждый узел более высокого уровня связан с узлами более низкого уровня звездообразной связью, образуя комбинацию звезд. Также дерево называют иерархической звездой.

Смешанная топология – сетевая топология, преобладающая в крупных сетях с произвольными связями между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

Сеть fat tree (утолщенное дерево) – это сетевая топология, в которой все связи между узлами одинаковы, связи становятся более толстыми (производительными по пропускной способности) с каждым уровнем по мере приближения к корню дерева. Часто используют удвоение пропускной способности на каждом уровне. Эту топологию изобрел Чарльз Лейзерсон.

По типу среды передачи вычислительные сети классифицируют на проводные (телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель) и беспроводные (передачей информации по радиоволнам в определенном частотном диапазоне).

Важным аспектом сетевых технологий является выбор метода передачи сообщений в сети. Известны и используются три метода передачи: метод передачи с приоритетным доступом, метод с челночным опросом и метод пакетов-маркеров. Существуют варианты использования смешанных типов передачи данных.

Метод передачи с приоритетным доступом. С передающего компьютера поступает запрос на передачу информации. Ему предоставляется канал во временное пользование. Все остальные компьютеры сети ожидают окончания сеанса передачи.

Метод с челночным опросом. В сети циркулирует информационный пакет с пустым интервалом и последовательно опрашивает все компьютеры на потребность передачи ими информации. Если такая потребность имеется, движущийся интервал подхватывает возможный для передачи информационный пакет и переносит его адресату.

Метод пакетов-маркеров. Этот метод подобен контейнерным перевозкам, когда подготовленное к передаче сообщение “конвертируется” (преобразуется) в пакеты с адресом и ждёт оказии с транспортёром, которым в данном случае является маркированный интервал времени. Этот интервал может использоваться только одним компьютером.

По методам передачи данных существуют сети с

1) передачей данных по выделенным каналам связи;

2) коммутацией каналов;

3) коммутацией сообщений;

4) коммутацией пакетов сообщений.

Для эффективного функционирования любой сети стандартизируют методы работы в ней. С этой целью разрабатываются и используются сетевые протоколы.

Сетевым протоколом называют набор правил и действий (очерёдности действий), позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.

В компьютерных сетях применяют следующие протоколы обмена данными: TCP/IP, POP3 и SMTP, FTP, Telnet, OSI и др. Рассмотрим наиболее известные протоколы, используемые в сети Интернет:

TCP -протокол (Transmission Control Protocol) предназначается для организации надёжной полнодуплексной связи между конечными узлами обмена информацией в Интернете. Он преобразует сообщения в поток пакетов на передающей стороне и собирает полученные пакеты в сообщения на приёмной стороне. Протокол TCP основан на протоколе IP, поэтому их обычно обозначают вместе – TCP/IP. Эти межсетевые протоколы управляют передачей данных в сети.

POP3 протокол (Post Office Protocol, версия 3) – это стандартный протокол почтового соединения. Серверы POP предназначены для обработки входящей почты, а протокол POP предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ.

SMTP (Simple Mail Transport Protocol) – это протокол, который задает набор правил для отправки почты. Сервер SMTP возвращает либо подтверждение о приеме, либо сообщение об ошибке, либо запрашивает дополнительную информацию.

FTP – это протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. Дает возможность абоненту пересылать файлы с одного компьютера на другой.

Telnet – протокол удаленного доступа. Дает возможность абоненту управлять любым компьютером сети.

HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – это протокол передачи гипертекста. Протокол HTTP используется при пересылке Web-страниц между компьютерами, подключенными к одной сети.

 

Контрольные вопросы и задания

1. Что понимают под «сетью»?

2. Что составляют основу сетевых технологий?

3. Дайте определение вычислительной сети.

4. Дайте определение нательной компьютерной сети.

5. Дайте определение персональной сети.

6. Что понимают под «Локальной вычислительной сетью»?

7. Дайте определение кампусной сети.

8. Дайте определение городской вычислительной сети.

9. Что понимают под «Глобальной вычислительной сетью»?

10. Что понимают под «Интернетом»?

11. Что понимают под «Технологией Интернет»?

12. Что называют сервером?

13. Что называют клиент-сервером?

14. Что называют одноранговой сетью?

15. Дате определение топология.

16. Классификация вычислительные сети по типу сетевой топологии.

17. Перечислите методы передачи сообщений в сети.

18. Какие сети существуют по методам передачи данных?

19. Что называют сетевым протоколом?

⇐ Предыдущая12

Поделиться: