Телекоммуникационные технологии. Компьютерные сети

Компьютерные
сети

Что такое компьютерная сеть?
Компьютерная сеть – это группа компьютеров, соединённых средой передачи данных (media) для обмена информацией.
Среда – любая физическая среда, способная переносить сигналы:
электрические кабели
телефонная линия
оптоволоконный кабель (оптическое волокно)
радиосвязь (беспроводные сети, WiFi)
Что приобрели?
совместное использование ресурсов (данные, программы, внешние устройства)
электронная почта
быстрый обмен информацией между компьютерами
Что потеряли?
финансовые затраты (техника, программное обеспечение)
снижение безопасности (вирусы, шпионаж)
нужен специалист по обслуживанию (системный администратор)

Обязанности системного администратора
разграничение прав доступа пользователей к ресурсам сети
обеспечение защиты информации
предотвращение потери данных в случае сбоя электропитания (рекомендуется использовать источники бесперебойного питания)
периодическое копирование и архивирование данных – для этого используют дополнительные винчестеры (зеркальные, RAID-массивы), стримеры, DVD
замена оборудования в случае выхода из строя сервера или рабочей станции

Типы сетей
Локальные вычислительные сети или ЛВС (LAN = Local Area Network) – соединяют компьютеры в одном или нескольких соседних зданиях, т.е. имеющие географически небольшие размеры.
Среда передачи данных – кабель, либо беспроводная сеть.
ЛВС могут объединять от нескольких единиц до нескольких сотен компьютеров.
Глобальные сети – (WAN, Wide Area Network) (общемировые), например, Интернет. Соединены средствами удаленной передачи данных.
Корпоративные – соединяют компьютеры одной фирмы, возможно в разных городах. Глобальные сети, находящиеся в ведении одной организации.
Муниципальные (общегородские) – сети органов управления (полиция, паспортный стол, и т.д.).

С точки зрения логической организации сети бывают:
Одноранговые сети
все компьютеры равноправны
Операционные системы:
Windows 3.11 / 95 / 98 / 2000 / XP / Vista / 7
Иерархические (сети с выделенным сервером)
Сервер – компьютер, предоставляющий свои ресурсы (файлы, программы, внешние устройства) в общее использование.
файловый сервер
сервер печати
почтовый сервер
Клиент – компьютер, пользующийся услугами сервера.
Операционные системы для серверов:
Windows 2003 Server / 2008 Server,
Linux, UNIX

Технология «клиент-сервер»
Клиент
посылает запрос с заданием
выводит на экран ответ, полученный
от сервера
Сервер
принимает запросы от клиентов и ставит
их в очередь
выполняет задание
посылает ответ с результатами
вся обработка данных – на сервере, РС могу быть маломощными
дешевле модернизация
меньше нагрузка на сеть (передаются только нужные данные)
защита устанавливается на сервере (в одном месте)
финансовые затраты (техника, программное обеспечение)
сложная настройка сервера
ответ
запрос
сервер
рабочая
станция

Схема «звезда»
сервер
РС
РС
РС
РС
РС
единый центр управления, конфликты невозможны
высокий уровень безопасности (всё идет через сервер)
на каждой линии только 2 компьютера – проще обмен данными
обрыв кабеля и выход из строя РС не влияет на работу сети
все точки подключения собраны в одном месте (проще ремонт)
если сервер вышел из строя, сеть не работает
большой расход кабеля
ограничение количества клиентов (8 или 16)
размер ограничен

Схема «кольцо»
РС
РС
РС
РС
сервер
РС
при выходе из строя любого компьютера или разрыве линии сеть не работает
низкая безопасность
скорость передачи данных падает при увеличении размеров сети
сложно подключать новую РС
размер сети до 20 км

Протоколы

Обмен данными в сетях
Протокол регламентирует взаимодействие компьютеров в сети, т.е. это набор соглашений и правил, определяющих порядок обмена данными в сети.
В сетях, подключенных к Интернету – протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol), разрабатывался для создания глобальной сети.
IP организует в сети работу с логической адресацией, TCP – готовит данные к передаче.

Обмен данными в сетях
Для идентификации компьютеров в TCP/IP применяется IP-адресация.
IP-адрес однозначно определяет сеть и узел сети, куда должен быть доставлен пакет данных, - эта информация содержится в каждом пакете, который передается по сети.
IP-адрес – двоичное число, имеет длину 32 бита, изображается в виде четырех десятичных чисел – октетов, или квадрантов, разделенных точкой.
IP-адрес: 143.18.26.100
IP-адрес: 10001111.00010010.00011010.0110100
Десятичное значение октета может изменяться в пределах от 0 до 255.

Обмен данными в сетях
IP-адрес состоит из двух частей: первая часть битов отвечает за идентификацию сети, оставшаяся – за идентификацию узла (компьютера).
Первая часть адреса требуется для передачи пакетов в сеть назначения. Вторая часть произвольно и отдельно не используется. После того как пакет попал в сеть назначения, для определения получателя в сети адрес обрабатывается целиком.
За выделение частей адреса отвечает маска подсети (сетевая маска). Маска – 32-битное двоичное число, запись аналогична записи IP-адреса, четыре десятичные числа, разделенные точкой.

Обмен данными в сетях
В маске запрещено чередование 0 и 1: значение ведущих битов всегда 1, а замыкающих – 0.
Биты IP-адреса, которым соответствуют биты маски со значением 1, определяют адрес сети; остальные – адрес узла (хост-биты).
От количества единиц в маске зависит количество устройств, которые можно адресовать в сеть.
Операция выделения частей IP-адреса основана на логическом побитовом умножении IP-адреса на маску и называется наложением маски на адрес.

Аппаратура для построения сетей
Сетевые карты (сетевые адаптеры)
Сетевые кабели
коаксиальный
«витая пара»
оптоволоконный
изоляция
проводник (медь)
проводник
оболочка (стекло)
оболочка
(пластик)
основное волокно (стекло)

Аппаратура для построения сетей
Хабы (концентраторы) – дублируют полученные данные на все порты.
Свитчи (коммутирующие хабы, коммутаторы) – передают полученные данные только адресату.

Связи между сетями
Мост (bridge) соединяет две локальные сети. Работает как свитч, но имеет свой процессор.
мост
Маршрутизатор (router) пересылает пакеты по специальным правилам – таблицам маршрутизации (из локальной сети в Интернет). Определение кратчайшего пути, обход поврежденных участков.
Вариант: компьютер с двумя сетевыми картами.

Связи между сетями
Шлюз (gateway) – служит для соединения сетей с разными протоколами (сеть персональных компьютеров и аппаратура).
шлюз

Беспроводные сети
Каналы связи:
радиосвязь, обычно до 100 м (11 Мбит/c, 54 Мбит/с)
инфракрасное излучение (5-10 Мбит/с)
инфракрасные лазеры (до 100 Мбит/с)
проблемы совместимости с другими радиоисточниками
низкая безопасность обмена данными
слабая помехозащищенность
не нужно прокладывать кабель
удобно для пользователей с ноутбуками
дальняя связь – до нескольких тысяч километров
Технология WiFi (Wireless Fidelity)
точка доступа
до 50 компьютеров