Основные принципы организации современных компьютерных сетей

Компьютерные сети — комплексы аппаратуры и программного обеспечения, решающие задачу передачи данных от одного компьютера к другому.



Узел сети — один компьютер, соединенный с сетью.

Канал связи — устройства, обеспечивающие передачу сигнала между точками сети.

Коммутация — соединение точек информационным потоком, передача информации.

Протокол — правила передачи и приема информации.

Локальная сеть — сеть в рамках одного здания, меньше 20 км.

Территориальная сеть — сеть в рамках одной территории.

Глобальная сеть — сеть, охватывающая несколько крупных территорий.

Большинство сегодняшних компьютерных сетей основано на принципе коммутации пакетов. Согласно этому принципу каждое сообщение при передаче по сети делится на части — пакеты. Каждый пакет передается по сети отдельно как единое целое, а все сообщение собирается только в конечной точке.

Принцип коммутации пакетов позволяет:

• сократить до минимума количество линий связи;

• сократить потери на повторную пересылку в случае ошибок;

• легко расширять сеть.

Для связи одного узла с остальными достаточно связать его всего одной линией с другим узлом и передавать пакеты ему, а тот их будет передавать дальше. Такой подход дает возможность легко расширять сеть, используя столько каналов, сколько имеется в наличии. Если возникают помехи или обрывы связи, то нужно повторно передавать только утерянные и поврежденные пакеты, а не все сообщение.

Важное свойство сети — возможность связи с другими сетями, с помощью которых можно передавать данные на большие расстояния.

Сети объединяют, руководствуясь следующими принципами:

• при соединении сети не должны подвергаться внутренним переделкам;

• если пакет не дошел до адресата, то должна быть возможность это узнать и передать его дальше;

• передача информации между раздельными сетями происходит с помощью специальных устройств, называемых шлюзами и маршрутизаторами, эти устройства должны быть максимально просты и надежны.

• объединенная сеть не должна иметь единого центра управления.

Перечисленные принципы были использованы при проектировании сетей, которые позже стали основой сети Internet.

Основа пересылки информации в глобальной сети — набор протоколов TCP/IP. Для его создания задачи, решаемые сетью, разделили на уровни. Эти уровни определяют, какие задачи будет решать каждый протокол. Выполнив свою часть работы, протокол передает данные на уровень ниже. Верхним уровнем считается уровень пользователя, а нижним — уровень взаимодействия с аппаратурой передачи сигнала.

Самый последний уровень, аппаратный, не имеет протоколов из набора TCP/IP. Программы и аппаратура этого уровня разрабатываются производителями отдельно, и должны только соответствовать стандарту для работы протоколов в составе операционной системы.

Такая схема позволяет передавать данные по любому каналу, для которого разработан нижний уровень, и сеть может работать, используя любые каналы связи — спутниковые, специальные кабельные, радиосвязь, телефон...

На сетевом уровне действует один из основных протоколов стека TCP/IP, IP как раз и занимается определением конкретного маршрута передачи пакетов. Если есть несколько возможных путей передачи, то программное обеспечение автоматически выбирает наиболее выгодный из них с точки зрения длины, скорости и стоимости передачи.

Для ориентации в сети каждая машина имеет уникальный адрес. В соответствии с текущей версией протокола, это четырехбайтное число. Адреса записывают четырьмя однобайтовыми числами через точку. Например, 195.210.190.11.

Несмотря на то что таких адресов может быть очень много, уже сейчас ощущается их нехватка. Для того чтобы решить эту проблему, используют методы, позволяющие работать крупным сетям через компьютеры-посредники.

На более высоком транспортном уровне основным является протокол TCP. Он обеспечивает разделение сообщения на пакеты и контролирует правильность и порядок их отправления и доставки. Этот протокол обеспечивает надежную пересылку информации.

В дополнение к нему используется протокол UDP, который выполняет те же функции, но не контролирует доставку и не проверяет порядок пришедших пакетов. Это менее надежный, но зато более быстрый способ связи. Он применяется, например, для передачи звука или видеоизображения.

На прикладном уровне, самом высоком, действуют прикладные протоколы — правила обмена информацией между пользовательскими программами. Именно с ними и работают обычные пользователи. На этом уровне существует масса разных протоколов и при необходимости разрабатываются новые.

Обмен информацией между программами в сети Internet строится по так называемой архитектуре «клиент-сервер». Суть такого построения заключается в следующем. Все задачи в программе разделяются на две части. Первую — непосредственное общение с пользователем, получение от него команд и показ результатов — выполняет клиентская часть. Непосредственную обработку информации и выполнение команд обеспечивает серверная часть. При этом клиент не имеет данных и почти не занимается их обработкой, он только отсылает к серверу запросы и показывает ответы на них, а сервер только отвечает клиенту на его запросы.

В сети Internet клиент и сервер обычно находятся на разных машинах. Для каждого вида работы существуют свои клиенты и серверы. Общаются они по прикладному протоколу, который и определяет правила написания запросов и ответов. Такая система называется сетевой службой (сервисом сети).

Под словом сервер подразумевают одно из двух: либо программу, которая обслуживает запросы к информации определенного вида, либо узел сети, на котором такие программы работают.

Далее перечислены основные службы сети.

Служба Domain Name System (DNS)

Адреса в сети Internet удобны для компьютеров, но неудобны для человека. Тем более что они никак не отражают ни местоположение, ни назначение узла. Для более удобной адресации была создана служба DNS — Domain Name System — система именования доменов.

В системе DNS все узлы группируются в большие логические объединения — домены. Такие домены выделяют по разным признакам — по стране, по назначению узла, по названию организации и т. д.

Самые крупные домены — домены первого уровня. Это сокращения от названий стран (например, ru — Россия, uk — Великобритания) или крупных классов организаций, например, коммерческих (сот), учебных (edu), правительственных (gov). Внутри доменов первого уровня выделяют домены второго уровня, как правило, по названиям организаций, людей или проектов. В принципе система позволяет и дальше детализировать адрес, но часто эта возможность не нужна. Внутри доменов последнего уровня узлы сети получают персональные имена.

Адрес узла записывается от имени узла и дальше — к доменам первого уровня. В результате получаются записи вроде Www. microsoft. com. В адресе DNS части разделяются точкой и записываются слева направо: узел www, из домена microsoft, который входит в домен сот.

Таким способом система DNS позволяет запоминать и записывать не числовые адреса, а понятные названия.

Для работы этой системы на некоторых узлах работают специальные программы, преобразующие адреса DNS в числовые. Каждый компьютер (клиент) «знает», каким серверам направить запрос. Сервер либо сообщает числовой адрес, либо перенаправляет запрос другому серверу. Таким образом DNS функционирует как распределенная база данных.

Почтовая служба (E-mail)

Электронная почта появилась одной из самых первых. До сих пор это одно из наиболее используемых, мощных и удобных средств сети. Эта служба позволяет обмениваться почтовыми сообщениями.

Основой для обмена такими сообщениями служат специальные почтовые сервера. На этих серверах каждый абонент имеет почтовый ящик — место, в котором хранится его почта.

Программа-клиент по команде пользователя обращается к этому почтовому ящику для выполнения операции с его письмами — просмотр, удаление, перемещение, отправка и пересылка.

Каждый ящик имеет хотя бы один почтовый адрес, состоящий из имени ящика (чаще всего это имя пользователя) и DNS-адреса сервера. Имя ящика и адрес разделяются символом

Пример такого почтового ящика: Flamer@hotmail. com

В принципе система позволяет одному ящику получать письма на несколько адресов, а одному адресу — на несколько почтовых ящиков.

Служба File Transfer Protocol (FTP)

Относительно старая служба, предназначенная для обмена файлами. Она позволяет представить часть файловой системы (одну или несколько «ветвей») в общее пользование.

С помощью системы FTP поддерживается деятельность крупных файловых архивов. Еще эту систему используют для размещения своих файлов на других узлах.

Служба World Wide Web (WWW)

В настоящее время эта служба сети — самая используемая. Именно с ней связывают широкое распространение сети Internet.

В этой службе информация представляется в виде страниц, содержащих текст, графические изображения и элементы управления. Страницы связываются между собой с помощью гиперссылок — специальных участков информации, через которые можно перейти на указанную страницу.

Содержание страниц пишется на специальном языке — HTML (HyperText Markup Language) — языке разметки гипертекста. Иллюстрации хранятся рядом с ними в графических файлах. Написанную на таком языке страницу можно просмотреть с помощью специальных программ просмотра — браузеров.

Страницы размещаются на узлах и предоставляются для просмотра с помощью WWW-cep - веров. Написанные и не изменяемые на сервере страницы называют статическими. По некоторым правилам можно разрабатывать программы, которые будут формировать страницу на основании данных запроса, например выбирать товары из общего списка по указанному критерию. Такие страницы называют динамическими.

С помощью такого способа представления можно представить большую часть всей информации, которая размещается в сети Internet. В виде статических страниц — информацию учебного, информационного, справочного характера. В виде динамических страниц — почтовые ящики, доступ к базам данных и т. д.

Ресурсы в сети

Поскольку на одном узле функционирует, как правило, несколько служб, а в каждой службе подразумевается разбиение информации на части, то при работе в сети требуется способ ориентироваться не только среди узлов, но и внутри каждого узла и даже каждой службы. Такое средство нужно для отправки запросов и получения ответов, в частности — для записи адресов ссылок.

В адрес ссылки должны входить:

• Адрес узла, на котором должен находиться ресурс. Это может быть цифровой адрес или адрес DNS.

• Служба, к которой должен быть направлен запрос (или вид действий, с ней связанный, отправка почты по адресу, например).

• Положение ресурса в структуре службы, если она есть.

• Название ресурса.

Универсальным средством адресации в сети является URL (Uniform Resource Locator) — унифицированный указатель ресурса.

Правила записи URL

1. Сначала записывает действие (название службы), после которого ставится двоеточие.

2. Если потом записаны две косые черты, то предполагается адрес, записанный как место в файловой системе. Сначала пишется адрес машины, потом путь в каталогах, а потом имя файла ресурса.

3. Если двух косых черт нет, то дальше идет весь адрес сразу.

4. Дополнительные параметры — команды обрабатывающей этот адрес клиентской программе записываются после знака вопроса. Имя параметра отделяется от значения знаком =. Если параметров несколько, то они разделяются символом &.

Ниже приведены несколько примеров.

Http://www. microsoft. com/w2k/tech/faq. html — ресурс службы www (протокол HTTP — ее протокол), на узле Www. microsoft. com, в каталоге w2k, в подкаталоге tech, файл faq. html.

• ftp://www. microsoft. com/pub/w2k/sp/ w2ksp2en. exe — ресурс службы FTP, на узле Www. microsoft. com, внутри каталога Pub, в каталоге w2k, в подкаталоге sp, файл w2ksp2.exe.

• mailto:web@hotmail. com? subject=Test URL link — начать писать письмо (mailto) по адресу web. hotmail. com, указав в качестве темы сообщения «Test URL link».

При вызове URL на машине пользователя начинает действовать программа, которая зарегистрирована для данного типа действий. Этой программе и передаются адрес узла и все остальные параметры.




See also: