1. Информационные технологии. Информационная сеть. Состав информационной сети.
Информационная технология – совокупность методов и средств обработки или передачи данных.
Информационная сеть – сеть, предназначенная для обработки, хранения и передачи данных.
АС – абонентская система – поставщик или потребитель информации.
Если АС представляет собой компьютер, то сеть называют компьютерной сетью.
Коммуникационная сеть – сеть, основной задачей которой является передача данных (т.е. коммуникационная сеть является ядром информационной сети, которая обеспечивает передачу и некоторые виды обработки данных).
Сравним Internet (TCP/IP) с классическими глобальными сетями (X.25): как распределяются в сетях сервисы надёжности и где находится «интеллект».
Рассмотрим надёжность: если одна АС связывается с другой, то мы должны быть уверены, что передаваемая информация не потеряется.
Для Internet за надёжность отвечает АС, «интеллект» – тоже в АС (за счёт этого коммуникационная сеть может быть упрощена). Очевидный минус такого подхода – в качестве АС не может выступать простое устройство (например, кассовый аппарат).
Сети Х.25 строились на ненадёжной инфраструктуре. Надёжность реализована в коммуникационной сети (влечёт за собой сложность протоколов). «Интеллект» – тоже в коммуникационной сети. Плюс такой – в качестве АС могут быть использованы самые простые устройства.
Информационная сеть – это совокупность АС (компьютеров), соединяемых «линиями связи».
«Линии связи» образованы кабелями, сетевыми адаптерами и другими коммуникационными устройствами (повторители, мосты, маршрутизаторами,…).
Все сетевое оборудование работает под управлением системного и прикладного ПО.
Структура СПО, реализованного на АС (ПК), имеет пятиуровневую структуру:
Повторитель реализует 1ый уровень. Мост – 1 и 2 уровни. Маршрутизатор – 3 уровня (1, 2, 3)
Информационные сети стали логичным результатом эволюции компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, они являются частным случаем распределенных вычислительных систем, с другой стороны могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния. Для этого в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получивших развитие в различных телекоммуникационных системах.
Сети обычно классифицируются по территориальному признаку:
- глобальные (WAN),
- локальные (LAN),
- городские (MAN).
Хронологически первые – глобальные сети. Они объединяют компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров.
Традиционно глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от телефонных сетей. В основном они предназначались для передачи данных. В них часто используются уже существующие не очень качественные линии связи, что приводит к более низким чем в локальных сетях скоростям передачи данных и ограничивают набор предоставляемых услуг передачи файлов преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме с использованием электр. почты.
Локальные сети сосредоточены на территории не более 1-2 км, построены с использованием дорогих высококачественных линий связи, которые позволяет применять более простые методы передачи данных, чем в глобальных сетях, достигать высоких скоростей обмена данными (100 Мбит/сек). Услуги отличаются широким разнообразием, в операт-ом режиме.
Важный этап в развитии сетей – это появление стандартных сетевых технологий (Ethernet, FDDI, Token Ring,…), позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов.
2. Типы компьютерных сетей. Особенности глобальных, локальных и городских сетей.
Для классификации компьютерных сетей используются различные признаки, но, чаще всего, сети делят на типы по территориальному признаку, т.е. по величине территории, которую покрывает сеть. Выделяют следующие типы (по территориальному признаку) сетей: локальные (LAN, Local Area Network), глобальные (WAN, Wide Area Network) и городские (MAN, Metropolitan Area Network).
К локальным сетям (LAN) относят сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе не более 2 км), в общем случае, LAN представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Из-за коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования относительно дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными. В связи с этим, услуги, предоставляемые локальными сетями, отличаются широким разнообразием и, обычно, подразумевают реализации в режиме on-line.
Глобальные сети (WAN) объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Т.к. прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи. Изначально глобальные сети предназначены совсем для других целей! Например, многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения. Из-за низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме (например, с использованием электронной почты).
Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются методы и оборудование, существенно отличающиеся от методов и оборудования, характерных для локальных сетей. Как правило, в данном случае применяются сложные процедуры контроля и восстановления данных.
Городские сети (MAN) являются менее распространённым типом сетей. Эти сети появились сравнительно недавно. Они предназначены для обслуживания территории крупного города (мегаполиса). MAN занимают промежуточное положение между LAN и WAN. Они используют цифровые магистральные линии связи, часто – оптоволоконные, и, обычно, предназначены для связи локальных сетей в масштабах города, либо для соединения локальных сетей с глобальными. MAN первоначально были разработаны для передачи данных. На сегодняшний день они поддерживают и такие услуги, как видеоконференции, интегральную передачу голоса и текста. Развитие технологии городских сетей осуществляется, как правило, местными телефонными компаниями.
3. Типы компьютерных сетей. Основные отличия локальных сетей от глобальных.
Ситуация середины 90-х годов
1. Протяжённость, качество и способ прокладки линий связи.
Класс локальных сетей отличается от класса глобальных сетей небольшими расстояниями между абонентскими системами (узлами сети). Это даёт возможность использования в локальных сетях качественных линий связи (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно), которые не всегда доступны на больших расстояниях, свойственных глобальным сетям.
В глобальных сетях часто применяются уже существующие линии связи (телефон, телеграф), а в локальных сетях они прокладываются заново.
2. Сложность методов передачи и оборудования.
В условиях низкой надёжности физических каналов в глобальных сетях требуются более сложные, чем в локальных сетях, методы передачи данных и соответствующее оборудование.
Пример: в глобальных сетях широко применяется модуляция, асинхронные методы, сложные методы контрольного суммирования, повторные передачи искажённых кадров.
Качественные линии связи в локальных сетях позволили упростить процедуры передачи данных за счёт применения немодулированных сигналов и отказа от подтверждения получения пакета.
3. Скорость обмена данными.
Одним из главных отличий локальных сетей от глобальных является наличие высокоскоростных каналов обмена данными между компьютерами. На сегодняшний день около 100 Мбит/сек. Такая скорость сравнима со скоростями узлов и устройств компьютера. За счёт этого у пользователя локальной сети, подключившегося к удалённому разделённому ресурсу (например, диску сервера), складывается впечатление, что он пользуется этим диском как своим.
Для глобальных сетей типичны гораздо меньшие скорости. На сегодняшний день около 56 Кбит/сек. Только на магистралях десятки Мбит/сек.
4. Разнообразие услуг.
Локальные сети предоставляют, как правило, широкий набор услуг. Различные виды файловой службы, БД, e-mail и т.д.
Глобальные сети в основном предоставляют почтовые услуги и иногда файловые услуги с ограниченными возможностями – передача файлов из публичных архивов удалённых серверов без предварительного просмотра их содержания.
5. Оперативность выполнения запросов.
Время прохождения пакета в локальной сети составляет несколько миллисекунд, время прохождения через глобальную сеть – несколько секунд. Низкая скорость передачи в глобальных сетях затрудняет реализацию служб для режима online, который является обычным для локальных сетей.
6. Разделение каналов.
В локальных сетях каналы связи используются совместно сразу несколькими узлами сети, а в глобальных сетях – индивидуально.
7. Использование метода коммутации пакетов.
Важной особенностью локальных сетей является неравномерное распределение нагрузки. Отношение пиковой нагрузки и средней может достигать 100:1 и выше. Такой трафик называется пульсирующим. Из-за этой особенности трафика в локальных сетях для связи узлов применяется метод коммутации пакетов. Он оказывается гораздо более эффективным, чем традиционный для глобальных сетей метод коммутации каналов. Эффективность метода коммутации пакетов состоит в том, что сеть в целом передает в единицу времени больше данных своих абонентов. В глобальных сетях метод коммутации пакетов также используется, но наряду с ним часто применяется и метод коммутации каналов, а также некоммутируемые каналы - как унаследованные технологии некомпьютерных сетей.
8. Масштабируемость.
Классические локальные сети обладают плохой масштабируемостью из-за жёсткости сетевых технологий, определяющих способ подключения станций и длину линий.
При использовании многих базовых технологий характеристики сетей резко ухудшаются при достижении определённого предела по количеству узлов или протяжённости линии связи.
Пример: Ethernet – общая шина 10 Мбит/сек (делится на количество станций. Проблема: коллизии).
Глобальным сетям присуща хорошая масштабируемость, так как они изначально разрабатывались в расчёте на работу с произвольными топологиями.
4. Типы компьютерных сетей. Тенденции к сближению локальных и глобальных сетей.
До середины 90-х годов существовало два сообщества сетевых специалистов: занимающихся только локальными сетями, занимающихся только глобальными сетями.
В последние годы ситуация резко изменилась. Специалисты по локальным сетям, перед которыми встали задачи объединения нескольких сетей, расположенных в разных, географически удалённых друг от друга пунктах, были вынуждены начать освоение чуждого для них мира глобальных сетей L. Таким образом, всё, что связано с глобальными связями и удалённым доступом, стало предметом повсеместного интереса многих специалистов по локальным сетям. С другой стороны, стремление повысить скорость передачи данных, расширить набор и оперативность служб, то есть стремление улучшить качество предоставляемых услуг заставило специалистов по глобальным сетям обратить внимание на технологии, используемые в локальных сетях.
На сегодня, необходимо отметить значительное взаимопроникновение технологий локальных и глобальных сетей.
1. Одним из проявлений этого сближения является появление сетей масштаба большого города MAN, занимающих промежуточное положение между LAN и WAN. При достаточно большом расстоянии между узлами они обладают качественными линиями связи, высокими скоростями обмена (даже, как правило, более высокими, чем в классических локальных сетях). Как и в случае локальных сетей при построении сетей мегаполиса MAN уже существующие линии связи не используются, а прокладываются заново.
2. Сближение в методах передачи данных. Это сближение происходит на платформе оптической цифровой (не модулируемой) передачи данных по оптоволоконным линиям связи. Из-за резкого улучшения качества каналов связи в глобальных сетях начали отказываться от сложных и избыточных процедур обеспечения корректности передачи данных. Примером могут служить сети Frame Relay. В таких сетях искажение происходит настолько редко, что ошибочные пакеты уничтожаются, а проблемы, связанные с их потерями решаются программами прикладного уровня.
3. За счёт новых сетевых технологий, нового оборудования, рассчитанного на более качественные линии связи, скорости передачи данных возросли. В частности в уже существующих коммерческих глобальных сетях скорости передачи приближаются к традиционным скоростям локальных сетей и, как правило, уже могут значительно их превышать. Пример: Frame Relay – 2 Mbit/sec., ATM – 100 Mbit/sec.
4. Благодаря высоким скоростям, службы для режима online становятся обычными и в глобальных сетях. Пример: WWW. Возможности этой службы превзошли возможности многих аналогичных служб локальных сетей, и разработчикам локальных сетей пришлось позаимствовать эту службу у глобальных сетей. Процесс переноса служб и технологий из глобальных сетей в локальные сети приобрёл такой массовый характер, что даже появился специальный термин Intranet-технологии, обозначающий применение служб внешних (глобальных) сетей во внутренних, локальных сетях.
5. Локальные сети перенимают у глобальных сетей и транспортные технологии. Все новые скоростные технологии (Fast Ethernet, Gigabit-Ethernet) поддерживают работу по индивидуальным линиям связи наряду с традиционными для локальных сетей с разделяемыми линиями. Для организации индивидуальных линий связи используется специальный тип коммуникационного оборудования – коммутаторы. Коммутаторы локальных сетей соединяются между собой по иерархической схеме подобно тому, как это делается в телефонных сетях (имеются коммутаторы нижнего уровня, к которым непосредственно подключаются компьютеры, коммутаторы следующего уровня соединяют коммутаторы нижнего уровня и т.д.). Коммутаторы более высоких уровней обладают, как правило, большей производительностью и работают с более скоростными каналами, уплотняя данные коммутаторов нижних уровней. Коммутаторы поддерживают не только новые протоколы локальных сетей, но и такие традиционные технологии локальных сетей, как Ethernet, Talking Ring.
В локальных сетях в последнее время уделяется такое же большое внимание методам обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа, как и в глобальных сетях. Такое внимание обусловлено тем, что локальные сети перестали быть изолированными и, чаще всего, они имеют выход во внешний мир через глобальные связи. Часто используются те же методы, что использовались в глобальных сетях: шифрование данных, аутентификация пользователей, возведение защитных барьеров (Firewall), предохраняющих от проникновения в сеть извне.
Появляются новые технологии, изначально предназначенные для обоих видов сетей. Наиболее ярким представителем является технология ATM, которая может служить основой не только для локальных и глобальных компьютерных сетей, а также широковещательных видеосетей, объединяя все существующие виды трафика в одной транспортной сети (голос, видео).
5. Понятие открытой системы и проблемы стандартизации.
Универсальный тезис о пользе стандартизации, справедливый для всех отраслей, в компьютерных сетях приобретает особое значение.
Суть сети – это соединение разного оборудования, а значит, проблема совместимости является одной из наиболее острых. Без принятия всеми производителями общепринятых правил построения оборудования, прогресс в деле строительства сетей был бы невозможен. Поэтому всё развитие компьютерной отрасли, в конечном счёте, отражено в стандартах.
Любая новая технология только тогда приобретает законный статус, когда её содержание закрепится в соответствующем стандарте. В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Именно на основе этого подхода была разработана стандартная семиуровневая модель взаимодействия открытых систем, ставшая своего рода универсальным языком сетевых специалистов.
TCP/IP 7 Level Model (OSI)
Понятие «открытая система».
В широком смысле открытой системой может быть названа любая система (компьютер, информационная сеть), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями. Под термином спецификация понимают формальное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условия эксплуатации, ограничения и особые характеристики. Замечание: не всякая спецификация является стандартом.
Под открытыми спецификациями понимаются опубликованные общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.
Для реальных систем полная открытость является недостижимым идеалом. Как правило, даже в системах, называемых открытыми, этому определению соответствуют лишь некоторые части, поддерживающие внешние интерфейсы.
В контексте компьютерных сетей под открытой системой понимается сетевое устройство, которое взаимодействует с другими сетевыми устройствами с использованием стандартных правил, определяющих форму, содержимое и значение принимаемых и отправляемых сообщений.
Если две сети построены с соблюдением принципов открытости, то это даёт следующие преимущества:
1. Возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных производителей.
2. Возможность относительно простой замены отдельных компонентов сети другими, более совершенными, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами.
3. Возможность лёгкого сопряжения одной сети с другой.
4. Простота освоения и обслуживания сети.
Пример открытой сети: Internet. Эта сеть развивалась в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к открытым системам. В разработке её стандартов принимали участие тысячи специалистов – пользователей из различных университетов, научных организаций и фирм-производителей сетевой аппаратуры и ПО, работающих в различных странах. «Название стандартов в сети Internet, обращение за разъяснениями» – RFC. Эти стандарты принимались гласно и открыто.
В результате сеть Internet сумела объединить в себе разнообразное оборудование и ПО огромного числа сетей, разработанных по всему миру.
6. Модульность и стандартизация.
Модульность – одно из неотъемлемых свойств информационных сетей. Модульность проявляется не только в многоуровневом представлении коммуникационных протоколов в конечных узлах сети. Сеть состоит из огромного числа различных модулей, а именно: компьютеров, сетевых адаптеров, мостов, маршрутизаторов, модемов, ОС и модулей приложений.
Разнообразные требования, предъявляемые предприятиями компьютерным сетям, привели к такому же разнообразию выпускаемых для построения сети устройств и программ. Эти продукты отличаются не только основными функциями, но и многочисленными функциями, предоставляющими пользователям/администраторам дополнительные удобства.
Пример: Автоматическое конфигурирование параметров устройств, обнаружение и устранение некоторых неисправностей и т.д.
Разнообразие увеличивается еще и потому, что многие устройства и программы отличаются сочетаниями тех или иных основных и дополнительных функций. Пример: Существуют устройства, сочетающие основные возможности коммутатора и маршрутизатора, к которым добавляется еще и набор некоторых дополнительных функций, характерных только для данного продукта.
В результате не существует компании, которая смогла бы обеспечить производство полного набора всех типов и подтипов оборудования и ПО, требуемого для построения сети.
НО: Т.к. все компоненты сети должны работать согласованно, совершенно необходимым оказалось принятие многочисленных стандартов, которые хотя бы в большинстве случаев гарантировали совместимость оборудования и программ различных фирм производителей.
Вывод: Т.о. понятия модульности и стандартизирования в сетях неразрывно связаны, и модульный подход только тогда дает преимущество, когда он сопровождается следованиям стандартам.