1. Введение.
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 двух 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 локальной 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 Internet испытывает период подъема, во многом
благодаря активной поддержке со стороны правительств европейских стран и
США. Ежегодно в США выделяется около 1-2 миллионов долларов на создание
новой сетевой инфраструктуры. Исследования в области сетевых коммуникаций
финансируются также правительствами Великобритании, Швеции, Финляндии,
Германии.
Однако, государственное финансирование - лишь небольшая часть
поступающих средств, т.к. все более заметной становится "коммерцизация"
сети (ожидается, что 80-90% средств будет поступать из частного сектора).
2. История сети internet.
В 1961 году Defence Advanced Research Agensy (DARPA) по заданию
министерства обороны США приступило к проекту по созданию
экспериментальной сети передачи пакетов. Эта сеть, названная ARPANET,
предназначалась первоначально для изучения методов обеспечения надежной
связи между компьютерами различных типов. Многие методы передачи данных
через модемы были разработаны в ARPANET. Тогда же были разработаны и
протоколы передачи данных в сети - TCP/IP. TCP/IP - это множество
коммуникационных протоколов, которые определяют, как компьютеры различных
типов могут общаться между собой.
Эксперимент с ARPANET был настолько успешен, что многие организации
захотели войти в нее, с целью использования для ежедневной передачи данных.
И в 1975 году ARPANET превратилась из экспериментальной сети в рабочую
сеть. Ответственность за администрирование сети взяло на себя Defence
Communication Agency (DCA), в настоящее время называемое Defence
Information Systems Agency (DISA). Но развитие ARPANET на этом не
остановилось; Протоколы TCP/IP продолжали развиваться и совершенствоваться.
В 1983 году вышел первый стандарт для протоколов TCP/IP, вошедший в
Military Standarts (MIL STD), т.е. в военные стандарты, и все, кто работал
в сети, обязаны были перейти к этим новым протоколам. Для облегчения этого
перехода DARPA обратилась с предложением к руководителям фирмы Berkley
Software Design - внедрить протоколы TCP/IP в Berkeley(BSD) UNIX. С этого и
начался союз UNIX и TCP/IP.
Спустя некоторое время TCP/IP был адаптирован в обычный, то есть в
общедоступный стандарт, и термин Internet вошел во всеобщее употребление.
В 1983 году из ARPANET выделилась MILNET, которая стала относиться к
Defence Data Network (DDN) министерства обороны США. Термин Internet стал
использоваться для обозначения единой сети: MILNET плюс ARPANET. И хотя в
1991 году ARPANET прекратила свое существование, сеть Internet существует,
ее размеры намного превышают первоначальные, так как она объединила
множество сетей во всем мире. Рост числа хостов, подключенных к сети
Internet с 4 компьютеров в 1969 году до 3,2 миллионов в 1994. Хостом в сети
Internet называются компьютеры, работающие в многозадачной операционной
системе (Unix, VMS), поддерживающие протоколы TCPIP и предоставляющие
пользователям какие-либо сетевые услуги.
3. Общая характеристика сети internet.
В настоящее время в сети Internet используются практически все
известные линии связи от низкоскоростных телефонных линий до
высокоскоростных цифровых спутниковых каналов. Операционные системы,
используемые в сети Internet, также отличаются разнообразием. Большинство
компьютеров сети Internet работают под ОС Unix или VMS. Широко представлены
также специальные маршрутизаторы сети типа NetBlazer или Cisco, чья ОС
напоминает ОС Unix.
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.
4. 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" (twisted pair). 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 бес проблемная 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 (thick) или желтый
кабель (yellow cable). 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
противоподспушивающими свойствами, так как техника ответвлений в
оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в JIBC с
помощью звездообразного соединения.
Показатели трех типовых сред для передачи приведены в таблице.
|Показатели |Среда передачи данных |
| |Двух жильный |Коаксиальный кабель |Оптоволоконный |
| |кабель - витая | |кабель |
| |пара | | |
|Цена |Невысокая |Относительно высокая |Высокая |
|Наращивание |Очень простое |Проблематично |Простое |
|Защита от |Незначительная |Хорошая |Высокая |
|прослушивания | | | |
|Показатели |Среда передачи данных |
| |Двух жильный |Коаксиальный кабель |Оптоволоконный |
| |кабель - витая | |кабель |
| |пара | | |
|Проблемы с |Нет |Возможны |Нет |
|заземлением | | | |
|Восприимчивост|Существует |Существует |Отсутствует |
|ь к помехам | | | |
Существует ряд принципов построения ЛВС на основе выше рассмотренных
компонентов. Такие принципы еще называют - топологиями.
5. Принципы построения локальных вычислительных сетей.
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.
[pic]
Топология в виде звезды
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
[pic]
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.
[pic]
Структура логической кольцевой цепи
Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая
сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий.
Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub -
концентратор), которые по-русски также 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.
[pic]
Шинная топология
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.
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.
Характеристики топологий вычислительных сетей приведены в таблице.
|Характеристики |Топология |
| |Звезда |Кольцо |Шина |
|Стоимость |Незначительная |Средняя |Средняя |
|расширения | | | |
|Присоединение |Пассивное |Активное |Пассивное |
|абонентов | | | |
|Защита от |Незначительная |Незначительная |Высокая |
|отказов | | | |
|Характеристики |Топология |
| |Звезда |Кольцо |Шина |
|Размеры системы|Любые |Любые |Ограниченны |
|Защищенность от|Хорошая |Хорошая
|
