Лекция информационно-вычислительные сети. Лекция информационно-вычислительные сети понятие и виды информационно-вычислительных сетей

ИВС

среда передачи данных .

ИВС классифицируются по ряду признаков.

В зависимости от расстояния между связываемыми узлами различают вычислительные сети :

1. территориальная , охватывающая значительное географическое пространство. Среди территориальных сетей можно выделить региональные и глобальные , имеющие соответствующие масштабы. Региональные сети иногда называют сетями MAN (городская сеть), а глобальные сети называются WAN.

2. локальные вычислительные сети (ЛВС), охватывающие ограниченную территорию, обычно в пределах удалённости узлов сети не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже – на несколько км. Локальные сети обозначаются сокращением LAN.

3. Корпоративные сети (масштабные предприятия) – совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающая территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение.

Среди глобальных сетей следует выделить единственную в своём роде глобальную сеть – Интернет и реализованную в ней информационную службу World Wide Web.

Различают интегрированные сети, неитегрированные сети и подсети.

Интегрированная вычислительная сеть (Интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями . Обычно интерсети приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п. В этом случае они называются сетями интегрального обслуживания .

Кабели.

1. Коаксиальный кабель (аналогичным кабелем подключается телевизор к внешней антенне).

Вставить картинку.

2. Витая пара – попросту говоря несколько пар скрученных проводов, помещённых в один общий кабель (медных проводов). Этот кабель обычно экранирован и изолирован от внешних воздействий: электромагнитных волн и т.п.

Вставить картинку.

3. Оптическое волокно – это тонкий и гибкий кабель, по которому данные передаются с помощью световых волн. Такой тип кабеля позволяет передавать данные на расстояние, превышающее 1 км без потери качества передаваемого сигнала. По своему внешнему виду этот кабель похож на коаксиальный. Он состоит из толстого стеклянного волокна, вокруг которого оплетена пластиковая изоляция, не позволяющая выйти лучу света за пределы центрального волокна. И всё это ещё раз оплетено защитной пластиковой изоляцией.

Сетевые топологии.

Топологии локальных сетей можно рассматривать либо с физической, либо с логической точки зрения.

Физическая топология определяет геометрическое расположение элементов, из которых состоит сеть.

Топология – это не просто карта сети, а теоретическое и в какой-то мере графическое описание формы и структуры локальной сети.

Логическая топология определяет возможные связи между объектами сети, которые могут общаться друг с другом. Такой тип топологии удобно использовать, когда необходимо определить, какие пары объектов сети могут обмениваться информацией, и имеют ли эти пары физическое соединение друг с другом.

Базовые топологии.

1. Шина (линейная топология)

При линейной топологии все элементы сети подключены друг за другом при помощи одного кабеля. Концы такой сети должны быть затерминированы при помощи небольших заглушек – терминаторов. Обычно при такой топологии используется один кабель и в нём нет никакого дополнительного сетевого оборудования, которая позволяет соединять компьютеры и другие объекты сети. Все подключённые к такой сети устройства «слушают» сеть и принимают только те проходящие пакеты, которые предназначены для них, остальные игнорируют.

2. Топология кольцо.

При кольцеобразной топологии каждая рабочая станция соединяется с двумя своими ближайшими соседями. Такая взаимосвязь образует локальную сеть в виде петли или кольца. Данные передаются по кругу в одном направлении, а каждая станция играет роль повторителя, который принимает и отвечает на пакеты, адресованные ему, и передаёт другие пакеты следующей работающей станции вниз.

3. Топология звезда.

В сетях со звездообразной топологией рабочие станции подключаются к центральным устройствам – концентраторам. В отличие от кольцеобразной топологии (физической или виртуальной) каждое устройство звездообразной топологии получает доступ к сети независимо от других, и общая скорость работы сети ограничена только пропускной способностью концентратора.

Звездообразная топология является доминирующей в современных локальных сетях. Такие сети довольно гибкие, легко расширяемые и относительно недорогие по сравнению с более сложными сетями, в которых строго фиксированы методы доступа к сети. Таким образом, звёзды вытеснили устаревшие и редко использующиеся линейные и кольцеобразные топологии. Более того, они стали переходным звеном к последнему виду топологии – коммутируемой звезде .

Д/з: зачёт.

Маршрутизатор.

Маршрутизация – это более сложный процесс, чем коммутация. Здесь мы отдаляемся от физических частей сети. Каждый компьютер в маршрутизируемой сети имеет свой собственный адрес, соответствующий тому протоколу, с которым работает такая сеть.

С точки зрения локальных сетей маршрутизаторы используются редко. Коммутаторы и концентраторы в данном случае отлично справляются со своей задачей. Если же сеть разрастается до размеров глобальной сети (WAN), то в такой случае без маршрутизаторов не обойтись.

Тут схема типо.

Т.к. маршрутизатору не нужно подключать каждый компьютер сети, а только большие её сегменты, в ней нет такого кол-ва портов, как в коммутаторе или концентраторе. Для него достаточно числа портов соответствующее кол-ву соседних сегментов сети. Каждый маршрутизатор ведёт свою таблицу маршрутизации, отдельно напоминающая таблицу коммутации коммутатора. В ней указываются группы сетей и интерфейсы маршрутизатора, к которым они подключены. Таким образом устройство знает на какой порт отправить принятый пакет. По сути, маршрутизатор – это узко специализированный компьютер, в котором как и в обычном компьютере работает специальная ОС, которую можно соответствующим образом настроить.

Мост.

Мост – это устройство, соединяющее вместе 2 локальные сети. Оно передаёт кадры по сети, используя физические мак.адреса сетевых устройств.

Термин «маршрутизаторы» может показаться более привычным, поэтому часто мост называют «низкоуровневым маршрутизаторам». Так как маршрутизаторы оперируются логическими адресами, мосты более приближёнными к аппаратной части сети – физическими.

На рисунке изображена схема сети с использованием мостов. Удалённый мост соединяет 2 удалённые локальные сети (мост 1 и мост 2 на рисунке). По низкоскоростному каналу, например, по телефонной линии, локальный мост соединяет 2 соседние локальные сети (мост 3) .

Для локального моста основной задачей является повышение производительности между двумя сетями, когда как для удалённого моста первоочередной задачей является соединение двух удалённых сетей.

Мостами часто сложнее управлять, чем маршрутизаторами. В таких протоколах, как IP, используются сложные протоколы маршрутизации, позволяющие сетевым администраторам управлять процессом марщрутизации.

Протокол IP так же позволяет логически разбить сеть на сегменты (используя методы распределения адресов по подсетям). Мосты же изначально плохо поддаются управлению, т.к. в для настройки используются только мак.адреса и параметры физической топологии. Поэтому мосты лучше подходят для использования в небольших и простых сетях.

Построение сетевой инфраструктуры.

Ethernet – одна из старейших, простейших и самых дешёвых технологий локальных сетей. Её типы различаются на основе использования среды передачи или, иным словами, по типу кабеля:

¨ 10 Base-5 (толстый коаксиальный кабель) – это самый старинный тип кабеля.

¨ 10 Base-2 (тонкий коаксиальный кабель)

¨ 10 Base-Т (витая пара)

¨ 10 Base-F (оптическое стекловолокно)

Архитектура всех этих типов приблизительно одинакова. Они передают данные по локальной сети со скоростью до 10 Мбит/с. Для отправки данных по сети используется

CSMA/CD и на сегодняшний день самым распространенным типом Интернет является сеть, построенная на базе медной витой пары.

CSMA/CD.

Сердцем технологии Ethernet является протокол CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов). Контроль несущей обозначает, что каждый компьютер проверяет, передаёт ли какой-либо другой компьютер данные в сеть. Если это так, компьютер не обнаруживает несущую и не начинает передачу своих данных. Компьютер будет проверять наличие несущей до тех пор, пока не освободится сеть и несущая станет свободной. Обнаружение конфликтов означает, что если 2 компьютера одновременно начинают передать данные в сеть и их сигналы сталкиваются (происходит коллизия или другими словами конфликт), они прекращают передачу и возобновляют её только по истечении случайного промежутка времени. Множественный же доступ просто означает, что каждая машина подключена к одной линии сети.

TOKEN RING.

Устаревшая технология локальный сетей основана на кольцеобразной топологии. Эта технология работает следующим образом: ведущий компьютер создаёт в сети специальный информационный объект, который называется маркером, и отправляет его по сетевому кольцу. Этот маркер решает, какой из компьютеров имеет право на передачу данных в сеть. Достигая компьютера, у которого есть что-то для передачи, маркер захватывает его и меняет статус на «занят». Далее компьютер прикрепляет к нему ту информацию, которую он хочет передать и отправляет дальше по сети. Маркер циркулирует по сети до тех пор, пока не попадает к тому компьютеру, к которому эту информация предназначается.

Получающий компьютер забирает данные и отправляет маркер дальше. Когда он попадает к компьютеру-отправителю (который прикрепил к нему данные), маркер удаляется из сети, затем создаётся новый маркер, после чего цикл повторяется.

Архитектура сети TOKEN RING является упорядоченной и эффективной. Существуют 2 её типа: один работает на скорости 1 Мбит/с, а другой на 16.

FAST ETHERNET.

Как и технология ETHERNET, архитектура FAST ETHERNET имеет несколько видов, отличающихся друг от друга типами используемых кабелей:

¨ 100 BASE-T4 (витая пара, используется 4 пары проводов)

¨ 100 BASE-TХ (витая пара, используются только 2 пары проводов)

¨ 100 BASE-FX (оптическое стекловолокно)

Сама же технология FAST ETHERNET является только скоростной сестрой технологии ETHERNET.

В сетях FAST ETHERNET скорость передачи данных достигает 100 Мбит/с.

FDDI (распределённый интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам) – это устойчивая среда передачи данных, поостренная на базе оптического стекловолокна и обеспечивающая скорость передачи данных до 100 Мбит/с. Такая среда часто используется в качестве магистральных каналов к большим локальным сетям, а так же в качестве соединительного канала между локальными сетями и высокоскоростными компьютерами.

Технология FDDI основана на топологии TOKEN RING, но вместо одного основного кольца для передачи информации в ней используются 2. Первое кольцо обычно является основным, а второе необходимо в качестве резерва. Кольца посылают навстречу друг другу маркеры, чтобы уменьшить кол-во возникающих ошибок в сети. В некоторых типах этой технологии второе кольцо используется не как резервное, а как дополнительное к основному. Таким образом, скорость передачи данных увеличивается в 2 раза.

Технология SDDI (распределённый проводной интерфейс передачи данных) была создана чтобы снизить высокую стоимость оптического стекловолокна использующегося при реализации в сети на базе технологии FDDI.

Для SDDI используется обычная экранированная витая пара проводов.

Волоконно-оптический канал.

(FIBRE SHANNLE ) – интеллектуальная схема соединения, которая работает не только со своим протоколом, но и с таким протоколами как FDDI, SCSI, IP и многими другими.

Она была создана в виде единого стандарта для организации сети хранения информации и передачи данных. Изначально созданная для глобальных сетей схема с волоконно-оптическим каналом легко преобразуется для стандартов локальной сети с помощью коммутаторов. В ней так же поддерживаются как электрические, так и оптические среды передачи данных, что позволяет достигать скорости от 133 до 1062 Мбит/с. Ключевой частью волоконно-оптического канала является так называемый фундамент – абстрактный объект, являющийся промежуточным сетевым устройством, будто то закороченная петля, активный концентратор или канальный коммутатор.

Технология ATM (асинхронный режим передачи) была создана в виде стандарта для международных цифровых сетей.

ATM – это высокопроизводительная технология, которая подходит как для глобальных, так и для локальных сетей.

Для её реализации необходим специальный скоростной коммутатор, который подсоединяется к компьютерам оптическими кабелями (один для передачи и один для приёма).

ATM так же поддерживает одновременную передачу голоса данных и видео по одной сетевой технологии. Скорость передачи данных такой сети может быть 25 Мбит/с и выше и даже террабита скоростей.

Гигабит Ethernet.

Обычно Ethernet-сети работают на скорости 10 Мбит/с либо 100. Гигабитные сети увеличивают эту цифру в 10 раз, позволяя передавать информацию со скоростью до 1000 Мбит/с. Существующие сети Ethernet и Fast-Ethernet полностью совместимы и легко могут быть расширены до гигабитной архитектуры. Это архитектура поддерживает протокол CSMA/CD и может работать как с оптическим стекловолокном, так и с витой парой и даже с коаксиальным кабелем.

Классификация стандартов.

В работе по стандартизации телекоммуникационных сетей принимает участие большое число различных организаций, фирм изготовителей оборудования и ПО, а так же научных учреждений, ассоциаций, министерств и ведомостей.

Выделяют 4 группы стандартов:

1. международные , к которым относятся стандарты международной организации по стандартизации (ISO), международного союза электросвязи ITY.

2. национальные – отечественные стандарты, стандарты американского национального института стандартов (ANSI); стандарты, разработанные национальным центром компьютерной защиты (NCSC) министерства обороны США и другие.

3. специальных комитетов и объединений , создаваемых несколькими компаниями, например, стандарты, разрабатываемые специально созданным объединением (ATM FORM), насчитывающем около 100 коллективных участиях, или станларты союза PAST ETHERNET ALLIANCE.

4. отдельных фирм , например, стек протоколов архитектуры сетевых систем (SNA) компании IBM или графический интерфейс OPEN LOOK для UNIX-систем компании SUN.

Классификация информационно-вычислительных сетей (ИВС).

ИВС – сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация, а узлами сети – вычислительное оборудование.

Компонентами ИВС могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приёмниками данных.

Пересылка информации происходит с помощью средств, объединяемых под названием среда передачи данных .

Причины для объединения отдельных компьютеров в сеть:

1. в сети можно организовать доступ для всех пользователей к единому информационному ресурсу (например, база данных) расположенному на одном компьютере. При этом возрастает мобильность и оперативность работы, упрощаются процессы обеспечения целостности информационного ресурса и его резервного копирования.
2. при объединении компьютеров в сеть снижаются затраты на аппаратное обеспечение в расчёте на одного пользователя. Это достигается за счет совместного использования дискового пространства, дорогих внешних устройств (лазерные принтеры, плоттеры и т.д.), при этом правильная организация совместного доступа повышает надёжность системы в целом, поскольку при поломке одного устройства исполнение его функций может взять на себя другое.
3. совместное использование дискового пространства позволяет разместить сетевые версии прикладного ПО на диске одного компьютера, что кроме значительной экономии места на дисках позволяет снизить затраты на ПО.

Структура информационно-вычислительной сети . Для созда­ния крупномасштабных систем обработки данных вычислительные центры (ВЦ) и ЭВМ, обслуживающие отдельные предприятия и организации, объединяются с помощью средств передачи данных в информационно-вычислительные сети ИВС, где приняты такие обозначения: БД – банк данных; ГВМ – главная ЭВМ; ВЦКП – вычислительный центр коллективного пользования; ПЭВМ – персо­нальная ЭВМ; АС – администратор сети; УМПД – удаленный ПТД – процессор телеобработки данных; УК – узел коммутации; ЦК – центр коммутации; МПД – мультиплексор ПД; ТВМ – терминальная ЭВМ; мультиплексор ПД.

В самом общем случае ИВС включает в себя три класса логиче­ских модулей:

– модули обработки данных пользователя, обеспечивающие або­ненту доступ к различным вычислительным ресурсам. Эти модули позволяют реализовать главную целевую функцию ИВС – обработ­ку данных пользователя;

– терминальные модули, обеспечивающие пользователю обраще­ние к модулям обработки;

– модули взаимодействия и соединения, обеспечивающие местное или удаленное взаимодей­ствие терминальных модулей с модулями обработки данных, а также терминальных модулей между собой.

Перечисленным логическим модулям соответствуют определен­ные физические объекты в ИВС. Так, модулям обработки данных соответствуют главные ЭВМ сети, собственно и создающие инфор­мационно-вычислительные ресурсы ИВС. Оконечные пункты или АП реализуют терминальные модули, а коммутационные центры (коммутационные ЭВМ) соответствуют модулям взаимодействия.

ИВС подразделяются на четыре взаимосвязанных объекта:

– базовая сеть передачи данных;

– сеть ЭВМ;

– терминальная сеть;

– администратор сети.

Сеть ЭВМ – совокупность ЭВМ, объединенных базовой сетью ПД. Сеть ЭВМ включает в себя главные ЭВМ (ГВМ), банки данных (БД), вычислительные центры коллективного использования (ВЦКП), а также терминальные ЭВМ (ТВМ). Основная задача ТВМ – сопряжение терминалов с базовой сетью ПД. Эту функцию могут выполнять также ПТД (процессоры телеобработки данных) и УМПД (удаленные мультиплексоры ПД). Кроме того, терминалы могут подключаться даже к главным ЭВМ.

Терминальная сеть – совокупность терминалов и терминальных сетей ПД. Под терминалом понимаются устройства, с помощью которых абоненты осуществляют ввод/вывод данных. В качестве терминалов могут использоваться интеллектуальные терминалы (ПЭВМ) и АП (абонентские пункты). Для подключения терминалов к сети ЭВМ, кроме, естественно, каналов связи, применяются терми­нальные ЭВМ (ТВМ), УМПД (удаленные мультиплексоры ПД), ПТД (процессоры телеобработки данных).

Административная система обеспечивает контроль состояния ИВС и управление ее работой в изменяющихся условиях. Данная система включает специализированные ЭВМ, терминальное обору­дование и программные средства, с помощью которых:

– включается или выключается вся сеть или ее компоненты;

– контролируется работоспособность сети;

– устанавливается режим работы сети и ее компонентов;

– устанавливается объем услуг, предоставляемых абонентам се­ти, и т.д.

Шлюзовые элементы ИВС обеспечивают совместимость как ба­зовой сети ПД, так и всей ИВС с другими внешними сетями. Прото­колы внешних ИВС могут отличаться от имеющихся протоколов. Поэтому шлюзы при необходимости обеспечивают преобразование и согласование интерфейсов, форматов, способов адресации и т.п. Шлюзы реализуются на специализированных ЭВМ.

ИВС можно условно разделить на два класса:

– территориальные, т.е. имеющие большую площадь обслужива­ния;

– локальные – размещающиеся, как правило, внутри одного зда­ния.

Основные характеристики информационно-вычислительных сетей . Основными характе­ристиками ИВС являются: операционные возможности, производительность, время доставки сообщений, стоимость обработки данных.

Рассмотрим эти характеристики подробнее.

Операционные характеристики (возможности) сети – пере­чень основных действий по обработке данных. ГВМ, входящие в состав сети, обеспечивают пользователей всеми традицион­ными видами обслуживания (средствами автоматизации программирова­ния, доступом к пакетам прикладных программ, базам данных и т.д.). Наряду с этим ИВС может предоставлять следующие допол­нительные услуги:

– удаленный ввод заданий – выполнение заданий с любых терми­налов на любых ЭВМ в пакетном или диалоговом режимах;

– передачу файлов между ЭВМ сети;

– доступ к удаленным файлам;

– защиту данных и ресурсов от несанкционированного доступа;

– передачу текстовых и, возможно, речевых сообщений между терминалами;

– выдачу справок об информационных и программных ресурсах сети;

– организацию распределенных баз данных, размещаемых на не­скольких ЭВМ;

– организацию распределенного решения задач на нескольких ЭВМ.

Производительность сети – представляет собой суммарную производительность главных ЭВМ. При этом обычно производи­тельность ГВМ означает номинальную производительность их процессоров.

Время доставки сообщений определяется как среднее время от момента передачи сообщения в сеть до момента получения сообщения адресатом.

Цена обработки данных формируется с учетом стоимости средств, используемых для ввода/вывода, передачи и обработки данных. Эта стоимость зависит от объема используемых ресурсов ИВС, а также режима передачи и обработки данных.

Основные параметры ИВС зависят не только от используемых технических и программных средств, но и в значительной степени, от нагрузки, создаваемой пользователями.

1. Введение - 1 стр.

2. Постановка задачи - 2 стр.

3. Анализ методов решения задачи - 2 стр.

4. Базовая модель OSI - 4 стр.

5. Сетевые устройства и средства коммуникаций - 7 стр.

6. Топологии вычислительной сети - 10стр.

7. Типы построения сетей - 16стр.

8. Сетевые операционные системы - 18стр.

9. Техническое решение - 25стр.

10.Литература - 28стр.

Введение.

На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов ком­пьютеров и бо­лее 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. Всемирная тенденция к объ­единению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение пе­редачи ин­формационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, E - Mail писем и прочего) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из лю­бой точки земного шара, а так же об­мен информацией между компьютерами разных фирм производителей ра­бо­тающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности которые несет в себе вычислитель­ная сеть и тот новый потенциальный подъем который при этом испытывает информацион­ный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разра­ботке и не применять их на практике.

Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организа­ции ИВС (информационно-вычислительной сети) на базе уже существующего компьютер­ного парка и программного комплекса отвечаю­щего современным научно-техническим требованиям с учетом возрастаю­щих потребностей и возможностью дальнейшего посте­пенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

Постановка задачи.

На текущем этапе развития объединения сложилась ситуация когда:

1. В объединении имеется большое количество компьютеров работаю­щих отдельно от всех остальных компьютеров и не имеющих возможность гибко обмениваться с другими компьютерами информацией.

2. Невозможно создание общедоступной базы данных, накопление информации при сущест­вующих объемах и различных методах обработки и хранения ин­формации.

3. Существующие ЛВС объединяют в себе небольшое количество ком­пьютеров и работают только над конкретными и узкими задачами.

4. Накопленное программное и информационное обеспечение не исполь­зуется в полном объеме и не имеет общего стандарта хранения.

5. При имеющейся возможности подключения к глобальным вычисли­тельным сетям типа Internet необходимо осуществить подключение к ин­формационному каналу не одной группы пользователей, а всех пользовате­лей с помощью объединения в группы.

Анализ методов решения данной задачи.

Для решения данной проблемы предложено создать единую инфор­мационную сеть (ЕИС) предприятия. ЕИС предприятия должна выполнять следующие функции:

1. Создание единого информационного пространства которое способно охватить и применять для всех пользователей информацию созданную в разное время и под разными типами хранения и обработки данных, распа­раллеливание и контроль выполне­ния работ и обработки данных по ним.

2. Повышение достоверности информации и надежности ее хранения пу­тем создания устойчивой к сбоям и потери информации вычислительной системы, а так же создание архивов данных которые можно использовать, но на текущий момент необходимости в них нет.

3. Обеспечения эффективной системы накопления, хранения и поиска технологической, технико-экономической и финансово-экономической ин­формации по текущей работе и проделанной некоторое время назад (ин­формация архива) с помощью создания глобальной базы данных.

4. Обработка документов и построения на базе этого действующей сис­темы анализа, прогнозирования и оценки обстановки с целью принятия оп­тимального решения и выработки глобальных отчетов.

5. Обеспечивать прозрачный доступ к информации авторизованному пользователю в соответствии с его правами и привилегиями.

В данной работе на практике рассмотрено решение 1-го пункта “ За­дачи ” - Создание единого информационного пространства - путем рассмотрения и выбора лучшего из существующих способов или их комбинации.

Рассмотрим нашу ИВС. Упрощая задачу можно сказать, что это локальная вычислительная сеть (ЛВС).

Что такое ЛВС? Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к еди­ному каналу передачи данных. Благодаря вычислительным сетям мы полу­чили возможность одновременного использо­вания программ и баз данных несколькими пользователями.

Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Lokal Area Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых не­сколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому со­единению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

В производственной практики ЛВС играют очень большую роль. По­средством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, распо­ложенные на многих удален­ных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объеди­няются в единую систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

Разделение ресурсов.

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, на­пример, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные пе­чатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

Разделение данных .

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управле­ния базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в инфор­мации.

Разделение программных средств.

Разделение программных средств предоставляет возможность одно­временного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

Разделение ресурсов процессора .

При разделение ресурсов процессора возможно использование вы­числительных мощностей для обработки данных другими системами, вхо­дящими в сеть. Предоставляе­мая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не “набрасываются” мо­ментально, а только лишь че­рез специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

Многопользовательский режим.

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то те­кущая вы­полняемая работа отодвигается на задний план.

Все ЛВС работают в одном стандарте принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).

Базовая модель OSI (Open System Interconnection)

Для того чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык. Если они не могут разговаривать друг с другом непосредственно, они применяют соответствующие вспомогательные средства для передачи сообще­ний.

Показанные выше стадии необходимы, когда сообщение передается от отправителя к получателю.

Для того чтобы привести в движение процесс передачи данных, использовали машины с одинаковым кодированием данных и связанные одна с другой. Для единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация, сформи­рована Международная организация по стандартизации (англ. ISO - International Standards Organization).

ISO предназначена для разработки модели международного комму­никационного протокола, в рамках которой можно разрабатывать международные стандарты. Для наглядного по­яснения расчленим ее на семь уровней.

Международных организация по стандартизации (ISO) разработала базовую модель взаимодействия открытых систем (англ. Open Systems In­terconnection (OSI)). Эта модель явля­ется международным стандартом для передачи данных.

Модель содержит семь отдельных уровней:

Уровень 1 : физический - битовые протоколы передачи информации;

Уровень 2 : канальный - формирование кадров, управление доступом к среде;

Уровень 3 : сетевой - маршрутизация, управление потоками данных;

Уровень 4 : транспортный - обеспечение взаимодействия удаленных процес­сов;

Уровень 5 : сеансовый - поддержка диалога между удаленными про­цессами;

Уровень 6 : представлении данных - интерпретация передаваемых данных;

Уровень 7 : прикладной - пользовательское управление данными.

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится кон­кретная ролью в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи дан­ных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше- и нижерасположенными называют про­токолом.

Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычис­лительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей.

С учетом вышеизложенного можно вывести следующую уровневую модель с админи­стративными функциями, выполняющимися в пользова­тельском прикладном уровне.

Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх от прием­ника данных (от уровня 1 к уровню 7). Пользовательские данные переда­ются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.

3.1. Понятие информационно-вычислительной сети

Информационно-вычислительная сеть (ИВС) - два или более компьютеров, соединенных посредством каналов передачи данных (линий проводной или радиосвязи, линий оптической связи) с целью объединения ресурсов и обмена информацией. Под ресурсами понимаются аппаратные средства и программные средства.

Соединение компьютеров в сеть обеспечивает следующие основные возможности:

> Объединение ресурсов - возможность резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных из них с целью быстрого восстановления нормальной работы сети.

> Разделение ресурсов - возможность стабилизировать и повысить уровень загрузки компьютеров и дорогостоящего периферийного оборудования, управлять периферийными устройствами.

> Разделение данных - возможность создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти отдельных компьютеров, и управлять ими с периферийных рабочих мест

> Разделение программных средств - возможность совместного использования программных средств.

> Разделение вычислительных ресурсов - возможность организовать параллельную обработку данных; используя для обработки данных другие системы, входящие в сеть.

> Многопользовательский режим.

В целом, как показала практика, стоимость обработки данных в вычислительных сетях, за счет расширения возможностей обработки данных, лучшей загрузки

ресурсов и повышения надежности функционирования системы, не менее чем в полтора раза ниже по сравнению с обработкой аналогичных данных на автономных компьютерах.

При объединении компьютеров в сеть система должна сохранять надежность, т.е. отказ какого-либо компьютера не должен приводить к остановке работы системы, и, более того, должна обеспечиваться передача функций отказавшего компьютера на другой компьютер сети.

На сегодняшний день более 130 млн компьютеров, т.е. более 80 %, объединены в информационно-вычислительные сети, начиная от малых локальных сетей до глобальных сетей типа Internet. Тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом причин, таких как:

Необходимость получения и передачи сообщений не отходя от рабочего места;

Необходимость быстрого обмена информацией между пользователями;

Возможность быстрого получения разнообразной информации, вне зависимости от ее местонахождения.

Бурное развитие компьютерных сетей и подключение все большего числа персональных компьютеров к глобальным сетям привело в последние десятилетие к формированию основ концепции «сетевого компьютера». Суть ее заключается в том, что ПК, работающий в сети, получает определенные преимущества перед автономным ПК:

Программы загружаются непосредственно из сети;

Нет необходимости иметь на ПК жесткий диск;

Экономятся время и средства на покупку и обновление ПО, так как оно устанавливается и обновляется через сеть;

Имеется доступ к электронной почте и ресурсам Internet.

Все функции по установке и обновлению программного обеспечения сетевого компьютера, наряду с другими функциями по поддержке функционирования сети, берут на себя провайдеры, обслуживающие сеть за небольшую абонентскую плату.

3.2. Классификация ИВС

Вычислительные сети классифицируют по различным признакам: > По территории.

Локальные вычислительные сети (ЛВС) охватывают небольшие территории диаметром до 5–10 км внутри отдельных контор (офисов), бирж, банков, учреждений, вузов, научно-исследовательских организаций и т.п. При помощи общего канала связи ЛВС может объединять от десятков до сотен абонентских узлов, включающих персональные компьютеры, внешние запоминающие устройства, дисплеи и др.

Современная стадия развития ЛВС характеризуется почти повсеместным переходом от отдельных сетей к сетям, которые охватывают все предприятие (фирму, компанию), объединяют разнородные вычислительные ресурсы в единой среде. Такие сети получили название корпоративных.

Региональные и глобальные ИВС образуются путем объединения локальных ИВС на отдельных территориях или по всей планете. Наиболее крупной глобальной компьютерной сетью является сеть Internet.

> По способу управления,

Сети с централизованным управлением, в которых выделяется одна или несколько машин, управляющих процессом обмена данных по сети. Эти машины называются серверами. Остальные компьютеры называются рабочими станциями. Рабочие станции имеют доступ к дискам сервера и совместно используемым принтерам, однако с рабочей станции нельзя работать с дисками других рабочих станций и для обмена данными пользователи вынуждены использовать диски сервера.

Примером сети с централизованным управлением может служить сеть Novell NetWare. Выделенный компьютер-сервер поддерживает и отвечает за все сетевые ресурсы, в то время как любой клиент имеет доступ к этим ресурсам только через сетевую оболочку, имеющуюся на каждой рабочей станции.

Децентрализованные (одноранговые) сети не содержат в своем составе выделенных серверов. Функции управления сетью передаются по очереди от одной рабочей станции к другой. Как правило, рабочие станции имеют доступ к дискам и принтерам других рабочих станций.

Пример одноранговой сети - сети Windows for Workgroups и Windows 95. Нажатием кнопки мыши вы можете предоставить свой диск или принтер в коллективное пользование.

> По характеру выполняемых функций:

Вычислительные;

Информационные.

> По составу вычислительных средств:

Однородные - объединяют однородные вычислительные средства;

Неоднородные - объединяют различные вычислительные средства.

> По типу организации передачи данных:

Коммутация каналов;

Коммутация сообщений;

Коммутация пакетов.

3.3. Базовая модель взаимодействия открытых систем

Процесс передачи данных в сети требует единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация. Все сети работают в одном принятом для компьютерных сетей стандарте - стандарте взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - (OSI)).

Базовая модель взаимодействия открытых систем разработана Международной организацией по стандартизации (International Standards Organization – (ISO)). Эта модель является международным стандартом для передачи данных. Модель содержит семь уровней:

1) физический формации;

– битовые протоколы передачи ин-

2) канальный - управление доступом к среде, формирование кадров;

3) сетевой – маршрутизация, управление потоками данных;

4) транспортный – обеспечение взаимодействия удаленных процессов;

5) сеансовый - поддержание диалога между удаленными процессами;

6) представительский – интерпретация передаваемых данных;

7) прикладной – пользовательское управление данными.

Основная идея базовой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретное место в процессе передачи данных в сети, т.е. общая задача передачи данных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. В результате, вычислительная сеть представляется как комплексная система, которая координирует взаимодействие задач пользователей.

Протоколами называются соглашения, необходимые для связи одного уровня модели с выше- и нижерасположенными уровнями.

Уровни базовой модели проходятся в направлении вверх от источника данных (от уровня 1 к уровню 7) и в направлении вниз от приемника данных (от уровня 7 к уровню 1). В первом случае на каждом уровне поступающие данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень. Во втором случае пользовательские данные передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.

> Физический уровень. На этом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в сетевых системах. Установление физической связи является основной функцией первого уровня. Протоколы физического

> Канальный уровень. Канальный уровень организует канал для передачи данных и формирует из данных, передаваемых физическим уровнем, так называемые последовательности кадров. На этом уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими компьютерами, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.

> Сетевой уровень. На сетевом уровне устанавливается связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетевого адреса в пакете. Сетевой уровень должен обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных. Самый известный протокол этого уровня – рекомендация Х.25 МККТТ для сетей общего пользования с коммутацией пакетов.

> Транспортный уровень. Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами. Качество транспортировки, безошибочность передачи, независимость вычислительных сетей, сервис транспортировки из конца в конец, минимизация затрат и адресация связи гарантируют непрерывную и безошибочную передачу данных.

> Сеансовый уровень. Сеансовый уровень координирует прием, передачу и организацию одного сеанса связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров сети, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу имеющихся в распоряжении данных. Сеансовый уровень содержит функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи в случае возникновения сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях.

4 Информатика и математика для юристов

> Представительский уровень. Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных, а также подготовки данных для пользовательского прикладного уровня. На этом уровне происходит преобразование данных из кадров, используемых для передачи данных, в экранный формат или формат для печатающих устройств.

> Прикладной уровень. На прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей переработанную информацию, что является задачей системного и прикладного программного обеспечения пользователя.

3.4. Некоторые вопросы организации работы сети

Для передачи информации по коммуникационным линиям данные преобразуются в цепочку следующих друг за другом битов. Алфавитно-цифровые символы представляются с помощью битовых комбинаций. Существуют специальные кодовые таблицы, содержащие 4-, 5-, 6-, 7- или 8-битовые коды символов.

При передаче информации в сетях на практике применяют следующие кодировки:

ASCII (American Standard Code for Information Interchange) - передача символьной информации с помощью 7-битового кодирования, позволяющего закодировать заглавные и строчные буквы английского алфавита, а также некоторые спецсимволы;

8-битовые коды (например, КОИ-8 и др.) - для представления символов национальных алфавитов и специальных знаков (например, символов псевдографики).

Для обмена информацией в сетях используется принцип пакетной коммутации. При этом информация перед передачей разбивается на блоки, которые представляются в виде пакетов определенной длины, содержащих кроме информации пользователя некоторую служебную информацию, позволяющую различать пакеты и выявлять возникающие при передаче ошибки.

Для правильной, т.е. полной и безошибочной передачи блоков данных необходимо придерживаться согласованных и установленных правил, которые называются протоколами передачи данных.

Протоколами передачи данных оговариваются следующие моменты:

Синхронизация - механизм распознавания начала и конца блока данных;

Инициализация - механизм установления соединения между взаимодействующими партнерами;

Пакетирование - механизм разбиения передаваемой информации на блоки определенной длины, включая опознавательные знаки начала блока и его конца;

Адресация - способ формирования адреса, что обеспечивает идентификацию компьютера в сети для установления взаимодействия;

Обнаружение ошибок - установка битов четности и вычисление контрольных сумм;

Нумерация - механизм присвоения номеров последовательным блокам с целью сборки сообщения;

Управление потоком - механизм распределения и синхронизации информационных потоков в сети;

Восстановление - способ восстановления процесса передачи данных в сети после его прерывания.

Для доставки пакетов используются коммутируемые и некоммутируемые каналы. Для понимания принципов коммутации можно привлечь аналогию с телефонной и почтовой связью.

Компьютер пользователя может работать в режиме, когда он непосредственно присоединен к сети (режим ON LINE). Однако часто приходится обращаться к сетевым ресурсам по коммутируемым каналам (режим OFF LINE). В этом случае помогают серверы доступа. Серверы доступа обеспечивают удаленную связь пользователя с удаленной ЛВС с помощью программы дистанционного управления. Каждый сервер доступа соединен с ЛВС и может извлекать прикладные программы с жесткого диска сетевого сервера и загружать их для выполнения. В результате удаленные пользователи имеют возможность работать с этими программами, т.е. проверять сообщения электронной почты, передавать файлы, распечатывать информацию на принтере и т.п.

Обязанность поддержания функционирования сети возлагается на администратора или супервизора. Он обеспечивает контроль работы с любой рабочей станции, а также сохранение информации от несанкционированного доступа. Высокая степень конфиденциальности достигается за счет ограниченного доступа к определенным файлам, рабочим станциям, ограничения времени доступа, а также системы паролей и приоритетов

Соединение компьютера через телефонную линию осуществляется с помощью модема. Телефонная линия предназначена для передачи только аналоговых звуковых сигналов. Чтобы передать по ней цифровые импульсы, их нужно промодулировать, т.е. преобразовать в колебания звуковой частоты.

Еще один метод доступа к ЛВС основан на использовании электронных досок объявлений. При вызове электронной доски объявлений на экране появляется меню сообщений и функции. Пользователь может прочитать нужное сообщение, отправить свое сообщение, загрузить или выгрузить файл.

Электронная почта – при установке специального программного обеспечения любой персональный компьютер может обмениваться сообщениями с любым компьютером другой ЛВС.

3.5. Локальные вычислительные сети

Локальной вычислительной сетью (ЛВС) называют совместное подключение нескольких отдельных компьютеров к единому каналу передачи данных. Понятие ЛВС (англ. LAN – Lokal Area Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным комплексам, в которых несколько компьютерных систем связаны между собой с помощью соответствующих средств коммуникаций.

ЛВС предоставляет возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями, а также возможность взаимодействия с другими рабочими станциями, подключенными к сети. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабо-

чих местах, которые используют совместно оборудовав ние, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.

Важнейшей характеристикой ЛВС является скорость передачи информации. В идеале, при посылке и получении данных через сеть время отклика должно быть почти таким же, как если бы они были получены от ПК пользователя, а не из другого места сети. Это требует передачи данных со скоростью 10 Мбит/с и выше. Реально достигаются следующие скорости:

Коаксиальный кабель - 10 - 50 Мбод;

Витая пара - до 10 Мбод;

Специальная витая пара 5 категории - до 100 Мбод;

Оптическое волокно – до 1Гбод;

Телефонная линия – от 2400 бод до 56 Кбод;

Спутник (10 000 компьютеров одновременно) около 1 Мбод.

Компоненты ЛВС: сетевые устройства и средства коммуникаций.

В ЛВС реализуется принцип модульной организации, который позволяет строить сети различной конфигурации с различными функциональными возможностями. Основные компоненты, из которых строится сеть, следующие:

Передающая среда - коаксиальный кабель, телефонный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, радиоэфир и др.;

Рабочие станции - ПК, АРМ или собственно сетевая станция. Если рабочая станция подключена к сети, для нее могут не потребоваться ни винчестер, ни флоппи-диски. Однако, в этом случае необходим сетевой адаптер - специальное устройство для дистанционной загрузки операционной системы из сети;

Платы интерфейса - сетевые платы для организации взаимодействия рабочих станций с сетью;

Серверы – отдельные компьютеры с программным обеспечением, выполняющие функции управления сетевыми ресурсами общего доступа;

Сетевое программное обеспечение.

Рассмотрим некоторые из перечисленных компонентов сети более подробно.

> Серверы. Сеть может иметь один или несколько серверов. Различные серверы могут использоваться для управления работой сети (серверы сети), хранения информации в виде файлов (файл-серверы), поиска и извлечения информации из баз данных (серверы баз данных), рассылки информации (почтовые серверы), сетевой печати (серверы печати) и др. Диски серверов доступны со всех остальных рабочих станций сети, если у пользователей есть соответствующие полномочия.

Взаимодействие сервера с рабочими станциями происходит примерно по следующей схеме. По мере необходимости рабочая станция отправляет серверу запрос на выполнение каких либо действий: прочитать данные, напечатать документ, передать электронное письмо и т.п. Сервер выполняет затребованное действие и выдает подтверждение.

> Передающая среда. Передающие среды характеризуются скоростью и дальностью передачи информации и надежностью.

В качестве средств коммуникации в ЛВС чаще всего используются витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконные линии. При выборе передающей среды необходимо учитывать следующие показатели:

Скорость передачи информации;

Дальность передачи информации;

Защищенность передачи информации;

Надежность передачи информации;

Стоимость монтажа и эксплуатации.

Одновременное выполнение требований, предъявляемых к передающей среде, является трудноразрешимой задачей. Так, например, большая скорость передачи данных часто ограничена предельно допустимым расстоянием надежной передачи данных, при обеспечении необходимого уровня защиты передаваемых данных. Стоимость средств коммуникации сказывается на возможности наращивания и расширения сети.

Рассмотрим подробнее свойства некоторых передающих сред.

> Витая пара – витое двухжильное проводное соединение (twistedpair), наиболее дешевое среди передающих сред. Позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, помехозащищенность низкая. Длина кабеля не превышает 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Для повышения помехозащищенности информации используют экранированную витую пару, помещенную в оболочку, аналогичную экрану коаксиального кабеля. Цена такой пары близка к цене коаксиального кабеля.

> Коаксиальный кабель. Коаксиальный кабель применяется для связи на расстояния до нескольких километров, имеет хорошую помехозащищенность при средней цене. Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, в некоторых случаях достигает 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель может использоваться для широкополосной передачи информации.

> Широкополосный коаксиальный кабель. Такой коаксиальный кабель слабовосприимчив к помехам, легко наращивается, однако имеет высокую цену. Скорость передачи информации достигает 500 Мбит/с. Для передачи информации на расстояние более 1,5 км в базисной полосе частот необходим репитер (усилитель), при этом расстояние устойчивой передачи увеличивается до 10 км. Для ЛВС с топологией «шина» или «дерево» кабель должен иметь на конце терминатор (согласующий резистор).

> Ethernet-кабель.

Толстый Ethernet. Коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (thick Ethernet или желтый кабель yellow cable). Использует 15-контактное стандартное включение. Максимально допустимое расстояние передачи без репитера не превышает 500 м, а общая длина сети Ethernet - 3000 м. Толстый Ethernet, вследствие магистральной топологии использует на конце лишь один терминатор. По параметрам помехозащищенности является дорогой альтернативой обычному коаксиальному кабелю.

Тонкий Ethernet. Коаксиальный кабель с волновым противлением 50 ом (thin Ethernet) и скоростью передачи информации 107 бит/с, более дешевый, чем толстый Ethernet.

ЛВС с кабелем thin Ethernet характеризуются низкой стоимостью, минимальными затратами при наращивании и не требуют дополнительного экранирования. Кабель присоединяется к сетевым платам рабочих станций с помощью тройниковых соединителей (T-connectors) с малогабаритными байонетными разъемами (СР-50). При соединении сегментов thin Ethernet требуются репитеры. Расстояние между рабочими станциями без репитеров не может превышать 300 м, а общая длина сети - 1000 м

> Оптоволоконный кабель. Наиболее дорогостоящей передающей средой для ЛВС является оптоволоконный кабель, называемый также стекловолоконным кабелем. Скорость передачи информации по нему достигает нескольких гигабит в секунду при допустимой длине более 50 км. Помехозащищенность оптоволоконного кабеля очень высокая, поэтому ЛВС на его основе применяются там, где возникают электромагнитные помехи и требуется передача информации на большие расстояния без использования репитеров. Сети устойчивы против подслушивания, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Обычно ЛВС на основе оптоволоконного кабеля строятся по звездообразной топологии. Характеристики типовых передающих сред приведены в табл 3.1.

Таблица 3 1 Характеристики типовых передающих сред

Показатели	Передающая среда
	Витая пара	Коаксиальный кабель	Оптоволоконный кабель
	Невысокая
Наращивание		Проблематично	Проблематично
от прослушивания			Очень хорошая
Заземление		Требуется
Помехозащищенность			Очень высокая

3.5.1. Топология ИВС

Топология, те. конфигурация соединения элементов в ЛВС, привлекает к себе внимание в большей степени, чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именно топология во многом определяет самые важные свойства сети, такие, например, как надежность и производительность.

Существуют разные подходы к классификации топологий ЛВС. Согласно одному из них конфигурации локальных сетей делят на два основных класса: широковещательные и последовательные.

> В широковещательных конфигурациях каждый ПК передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким конфигурациям относятся «общая шина», «дерево» (соединение нескольких общих шин с помощью репитеров), «звезда с пассивным центром». Преимущество конфигураций этого класса -простота организации сети.

> В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному ПК. К таким конфигурациям относятся «звезда с интеллектуальным центром», «кольцо», «иерархическое соединение», «снежинка» Основное достоинство - простота программной реализации соединения.

Для предотвращения коллизий в передаче информации чаще всего применяется временной метод разделения, согласно которому каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи информации. Поэтому требования к пропускной способности сети при повышенной нагрузке, т.е. при вводе новых рабочих станций, снижаются

В различных топологиях реализуются различные принципы передачи информации. В широковещательных это селекция информации, в последовательных -маршрутизация информации

В ЛВС с широкополосной передачей информации рабочие станции получают частоту, на которой они могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах. Тех-

ника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации.

3.5.1.1. Звездообразная топология

Топология сети в виде звезды с активным центром (рис. 3.1) унаследована из области мэйнфреймов, где головная машина получает и обрабатывает все данные с терминальных устройств как активный узел обработки данных. Вся информация между периферийными рабочими станциями проходит через центральный узел вычислительной сети.

Рис 3.1. Топология в виде звезды

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью центрального узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий, т.е. столкновений в передаче данных не возникает.

Кабельное соединение топологии относительно простое, постольку поскольку каждая рабочая станция связана с центральным узлом, однако затраты на прокладку линий связи высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении ЛВС невозможно использовать ранее выполненные кабельные связи: к новой рабочей 106

станции необходимо прокладывать отдельный кабель от центрального узла сети.

Звездообразная топология при хорошей производительности центрального узла является одной из наиболее быстродействующих топологий ЛВС, поскольку передача информации между рабочими станциями происходит по выделенным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов на передачу информации от одной станции к другой – невысокая по сравнению с другими топологиями.

Производительность ЛВС звездообразной топологии в первую очередь определяется параметрами центрального узла, который выступает в качестве сервера сети. Он может оказаться узким местом сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа сети в целом.

В ЛВС с центральным узлом управления можно реализовать оптимальный механизм защиты от несанкционированного доступа к информации.

3.5.1.2. Кольцевая топология

В кольцевой топологии сети рабочие станции ЛВС связаны между собой по кругу. Последняя рабочая станция связана с первой, т.е. коммуникационная связь замыкается в кольцо (рис. 3.2).

Прокладка линий связи между рабочими станциями может оказаться довольно дорогостоящей, особенно если территориально рабочие станции расположены далеко от основного кольца.

Сообщения в кольце ЛВС циркулируют по кругу. Рабочая станция посылает по определенному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Передача информации оказывается достаточно эффективной, так как сообщения можно отправлять одно за другим. Так, например, можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в ЛВС.

Главная проблема кольцевой топологии состоит в том, что каждая рабочая станция должна участвовать в передаче информации, и в случае выхода из строя хотя бы

одной из них вся сеть парализуется. Неисправности кабельной системе локализуются легко.

Рис. 3.2. Кольцевая топология

Расширение сети с кольцевой топологией требует остановки работы сети, так как кольцо должно быть разорвано. Специальных ограничений на размер ЛВС не существует.

Особой формой кольцевой топологии является логическое кольцо.

Физически такая топология монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включают-"ся 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 кон-

центратор 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.

3.5.1.3. Шинная топология

В ЛВС с шинной топологией основная передающая среда (шина} - общая для всех рабочих станций (рис. 3.3). Функционирование ЛВС не зависит от состояния отдельной рабочей станции, т.е. рабочие станции в любое время могут быть подключены к шине или отключены от нее без нарушения работы сети в целом.

Однако в простейшей сети Ethernet с шинной топологией в качестве передающей среды используется тонкий Ethernet-кабель с тройниковым соединителем (Г-коннектором), поэтому расширение такой сети требует разрыва шины, что приводит к нарушению функционирования сети. Более дорогостоящие решения предполагают установку вместо Г-коннекторов пассивных штепсельных коробок.

Рис. 3.3. Шинная топология

Поскольку расширение ЛВС с шинной топологией можно проводить без прерывания сетевых процессов и разрыва коммуникационной среды, отвод информации из ЛВС и, соответственно, прослушивание информации осуществляются достаточно легко, вследствие чего защищенность такой ЛВС низкая.

Характеристики топологий вычислительных сетей приведены в табл. 3.2.

Таблица 3 2. Характеристики топологий вычислительных сетей

Характеристика	Топология
Стоимость
расширения
Присоединение абонентов	Пассивное	Активное	Пассивное
от отказов
от прослушивания
Повеление
Работа в режиме реального времени
Разводка кабеля

3.5.1.4. Древовидная топология

Образуется путем различных комбинаций рассмотренных выше топологий ЛВС. Основание дерева (корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии (ветви дерева).

Сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур. Для подключения рабочих станций применяют устройства, называемые концентраторами.

Существует две разновидности таких устройств. Устройства, к которым можно подключить максимум три станции, называют пассивными концентраторами. Для подключения большего количества устройств необходимы активные концентраторы с возможностью усиления сигнала.

3.5.2. Типы построения ЛВС по методам передачи информации

3.5.2.1. Сеть Token Ring

Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяются неэкранированная или экранированная витая пара или оптоволокно. Скорость передачи данных от 4 до 16 Мбит/с. В качестве метода управления доступом рабочих станций к передающей среде используется маркерное кольцо (Token Ring). Основные положения метода:

Кольцевая топология ЛВС;

Рабочая станция может передавать данные, только получив маркер, т.е разрешение на передачу информации;

В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.

В ЛВС Token Ring используются три основных типа пакетов:

Пакет Управление/Данные (Data/Command Frame);

Маркер (Token);

Пакет сброса (Abort).

> Пакет Управление/Данные. С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети.

> Маркер. Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета. В кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных.

> Пакет Сброса. Посылка такого пакета вызывает прекращение передачи информации.

Сеть Token Ring допускает подключение компьютеров по звездообразной топологии.

f 3.5.2.2. Локальная сеть Arknet

Arknet (Attached Resource Computer NEJWork) - npo-[стая, недорогая, надежная и гибкая архитектура ЛВС. [ Разработана корпорацией Datapomt в 1977 г. Впоследст-

вии лицензию на Arcnet приобрела корпорация SMC (Standard Microsistem Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей Arcnet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных составляет 2,5 Мбит/с. При подключении устройств применяют топологии шина и звезда.

Метод управления доступом станций к передающей среде - маркерная шина (Token Bus). Метод предусматривает следующие правила:

Устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);

В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;

Принципы работы:

Передача каждого байта в Arcnet выполняется посылкой ISU (Information Symbol Unit - единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (Alert Burst), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.

В Arcnet определены пять типов пакетов:

1. Пакет ITT (Information To Transmit) - приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети другому. Станция, принявшая пакет ITT, получает право на передачу данных.

2. Пакет FBE (Free Buffer Enquiries) - запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.

3. Пакет данных. С помощью этой посылки производится передача данных.

4. Пакет АСК (ACKnowledgments) - подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. ответ на FBE и пакет данных.

5. Пакет NAK (Negative AcKnowledgments) неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных в ответ на FBE или принятие пакета с ошибкой.

3.5.2.3. Локальная сеть Ethernet

Спецификацию Ethernet в конце 70-х гг. предложила компания Xerox. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel. В 1982 г. была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet разработан стандарт IEEE 802.3.

Основные принципы работы:

Шинная топология на логическом уровне;

Все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция может начать передачу в любой момент времени (если передающая среда свободна);

Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

3.6. Операционные системы ЛВС

Для сетей с централизованным управлением важным компонентом является сетевая операционная система, которая устанавливается на сервере сети, и клиентские части, устанавливаемые на рабочих станциях.

Основное направление развития современных сетевых операционных систем (Network Operation System) -поддержка систем с распределенной обработкой данных и перенос операций обработки на рабочие станции. Это в основном связано с ростом вычислительных возможностей ПК и внедрением многозадачных операционных систем: OS/2, Windows NT, Windows 95. Внедрение объектно-ориентированных технологий обработки данных (OLE, DCE, IDAPI) также позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. В такой ситуации основной задачей сетевой операционной системы становится объединение разнородных операционных систем рабочих станций и поддержка протоколов транспортного уровня для широкого круга задач: обработка баз данных,

передача сообщений, управление распределенными ресурсами сети (Directory Name Service).

В современных сетевых операционных системах применяются три подхода к организации управления ресурсами сети.

> Таблицы Объектов (Bindery). Используются в операционных системах Novell NetWare vS.lx. Таблицы находятся на каждом файловом сервере сети. Они содержат информацию о пользователях, группах, их правах доступа к ресурсам сети (данным, сервисным услугам и т.п.). Такая организация работы удобна, если в сети имеется только один сервер. В этом случае требуется определить и контролировать только одну информационную базу. При расширении сети, добавлении новых серверов объем задач по управлению ресурсами сети резко возрастает. Администратор системы вынужден на каждом сервере сети определять и контролировать работу пользователей. Абоненты сети, в свою очередь, должны знать, где расположены те или иные ресурсы сети, и для получения доступа к этим ресурсам регистрироваться на выбранном сервере. Для информационных систем, состоящих из большого количества серверов, такая организация работы сети неэффективна.

> Структура Доменов (Domain). Используется в LANServer и LANMahager. Все ресурсы сети и пользователи объединены в группы. Домен можно рассматривать как аналог таблиц объектов (bindery), только в данном случае такая таблица является общей для нескольких серверов, а ресурсы серверов являются общими для всего домена. Поэтому пользователю, для того чтобы получить доступ к сети, достаточно подключиться к домену (зарегистрироваться), после чего ему становятся доступны все ресурсы домена, т.е. ресурсы всех серверов и устройств, входящих в состав домена. Однако и при использовании этого подхода также возникают проблемы при построении информационной системы с большим количеством пользователей, серверов и доменов, например, сети масштаба предприятия. Проблемы связаны с организацией управления несколькими доменами.

> Служба Каталогов (Directory Name Service). В данном подходе все ресурсы сети: серверы, пользователи, сетевая печать, хранение данных и т.п. рассматриваются как ветви или директории одной общей информационной системы. Таблицы, определяющие DNS, находятся на каждом сервере. Это, во-первых, повышает надежность операционной системы и, во-вторых, упрощает обращение к ресурсам сети. Пользователю, зарегистрированному на одном сервере, доступны все ресурсы сети. Управление такой системой проще, чем при использовании доменов, так как существует одна таблица, характеризующая все ресурсы сети, в то время как при доменной организации необходимо определять ресурсы, пользователей, их права доступа отдельно для каждого домена.

Рассмотрим более подробно характеристики некоторых сетевых операционных систем и требования, которые они предъявляют к программному и аппаратному обеспечению ЛВС.

> Отличительные черты:

Эффективная файловая система;

Самый широкий выбор аппаратного обеспечения.

Минимальный объем жесткого диска: 9 Мбайт;

Объем ОП (Оперативной Памяти) на сервере: 4 МБайт – 4 Гбайт;

Минимальный объем ОП PC (Рабочей Станции) клиента: 640 Кбайт;

Протоколы: IPX/SPX;

Мультипроцессорность: нет;

Количество пользователей: 250;

Шифрование данных: нет;

Монитор UPS: есть;

TTS: есть;

Управление распределенными ресурсами сети: таблицы bindery на сервере;

Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, SFT H,SFT III, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц bindery и данных;

Фрагментация блоков (Block suballocations): нет;

Файловая система клиентов: DOS, Windows, Mac (доп.), OS/2 (доп.), UNIX (доп.), Windows NT.

3.6.2. Windows NT Advanced Server 3.1, Microsoft Corp.

> Отличительные черты:

Простота интерфейса пользователя;

Доступность средств разработки прикладных программ и поддержка прогрессивных объектно-ориентированных технологий.

Все это привело к тому, что эта операционная система может стать одной из самых популярных сетевых операционных систем.

Интерфейс напоминает оконный интерфейс Windows 3.1, время инсталяции – около 20 мин. Модульное построение системы упрощает внесение изменений и перенос на другие платформы. Обеспечивается защищенность подсистем от несанкционированного доступа и от их взаимного влияния (если зависает один процесс, это не влияет на работу остальных). Есть поддержка удаленных станций – Remote Access Service (RAS), но не поддерживается удаленная обработка заданий.

Windows NT предъявляет более высокие требования к производительности компьютера по сравнению с NetWare.

> Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению:

Минимальный объем жесткого диска: 90 Мбайт;

Минимальный объем ОП на сервере: 16 Мбайт;

Минимальный объем ОП PC клиента: 12 Мбайт для NT/512 КБайт для DOS;

Операционная система: Windows NT;

Протоколы NetBEUI-, TCP/IP, IPX/SPX, Ap-pleTalk, AsyncBEUI;

Мультипроцессорность: поддерживается;

Количество пользователей: не ограничено;

Максимальный размер файла: не ограничен;

Шифрование данных: уровень С-2;

Монитор UPS: есть;

TTS: есть;

Управление распределенными ресурсами сети: домены;

Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, RAID 5, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц домена и данных;

Компрессирование данных: нет;

Фрагментация блоков (Block suballocation): нет;

Файловая система клиентов: DOS, Windows, Mac, OS/2, UNIX, Windows NT.

3.6.3. NetWare 4, Nowell Inc.

> Отличительная черта: применение специализированной системы управления ресурсами сети (NetWare Directory Services – NDS) позволяет строить эффективные информационные системы с количеством пользователей до 1000. В NDS определены все ресурсы, услуги и пользователи сети. Эта информация распределена по всем серверам сети.

Для управления памятью используется только одна область (pool), поэтому оперативная память, освободившаяся после выполнения каких-либо процессов, становится сразу доступной операционной системе (в отличие от NetWare 3).

Новая система управления хранением данных (Data Storage Managment) состоит из трех компонент, позволяющих повысить эффективность файловой системы:

1. Фрагментация Блоков или Разбиение Блоков Данных на Подблоки (Block Suballocation). Если размер блока данных на томе 64 Кбайта, а требуется записать файл размером 65 Кбайт, то ранее потребовалось бы выделить 2 блока

по 64 Кбайта. При этом 63 Кбайта во втором блоке не могут использоваться для хранения других данных. В NetWare 4 система выделит в такой ситуации один блок размером 64 Кбайта и два блока по 512 Байт. Каждый частично используемый блок делится на подблоки по 512 Байт, свободные подблоки доступны системе при записи других файлов.

2. Упаковка Файлов (File Compression). Долго не используемые данные система автоматически компрессирует, упаковывает, экономя таким образом место на жестких дисках. При обращении к этим данным автоматически выполняется декомпрессия данных.

3. Перемещение Данных (Data Migration). Долго не используемые данные система автоматически копирует на магнитную ленту либо другие носители, экономя таким образом, место на жестких дисках.

Встроенная поддержка Протокола Передачи Серии Пакетов (Packet-Burst Migration). Этот протокол позволяет передавать несколько пакетов без ожидания подтверждения о получении каждого пакета. Подтверждение передается после получения последнего пакета из серии.

При передаче через шлюзы и маршрутизаторы обычно выполняется разбиение передаваемых данных на сегменты по 512 байт, что уменьшает скорость передачи данных примерно на 20%. Применение в NetWare 4 протокола LIP (Large Internet Packet) позволяет повысить эффективность обмена данными между сетями, так как в этом случае разбиение на сегменты по 512 байт не требуется.

Все системные сообщения и интерфейс используют специальный модуль. Для перехода к другому языку достаточно поменять этот модуль или добавить новый. Возможно одновременное использование нескольких языков: один пользователь при работе с утилитами использует английский язык, а другой в это же время русский.

Утилиты управления поддерживают DOS, Windows и OS/2-интерфейс.

> Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению:

Центральный процессор: 386 и выше;

Минимальный объем жесткого диска: от 12 Мбайт до 60 МбШт;

Объем ОП на сервере: 8 Мбайт – 4Гбайт;

Минимальный объем ОП PC клиента: 640 Кбайт;

Операционная система: собственная разработка Novell;

Протоколы: IPX/SPX;

Мультипроцессорное^: нет;

Количество пользователей: 1000;

Максимальный размер файла: 4 Гбайт;

Шифрование данных: С-2;

Монитор UPS: есть;

TTS: есть; V.

Управление распределенными ресурсами сети: NDS;

Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, SFT II, SFT III, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц NDS;

Компрессирование данных: есть;

Фрагментация блоков (Block suballocation): есть;

Файловая система клиентов: DOS, Windows, Mac (5), OS/2, ЦМХ(доп.), Windows NT.

3.7. Глобальная компьютерная сеть Internet

3.7.1. История создания Internet

Около 20 лет назад Министерство обороны США создало сеть, которая явилась прародительницей Internet - она называлась ARPAnet и создавалась для поддержки научных исследований в военно-промышленной сфере, в частности, для исследования методов построения сетей, устойчивых к частичным повреждениям и способных в критических условиях продолжать нормальное функционирование. Основной принцип состоял в том, что любой компьютер мог связаться как «равный с равным» с любым другим компьютером.

Передача данных в сети была организована на основе протокола Internet (IP). Протокол IP – это свод правил по работе сети. Сеть задумывалась и проектировалась так, чтобы от пользователей не требовалось никакой информации о конкретной структуре сети.

Примерно 10 лет спустя после появления ARPAnet появились Локальные Вычислительные Сети, такие как Ethernet и др. На большинстве рабочих станций ЛВС была установлена Операционная Система UNIX, которая имела возможность работы в сети с протоколом Internet (IP). Появились организации, которые начали создавать свои собственные сети, использующие протокол IP. Возникла потребность: подключения ЛВС к ARPAnet.

Одной из сетей была NSFNET, разработанная по инициативе Национального Научного Фонда (NSF) США. В конце 80-х гг. NSF создал пять суперкомпьютерных центров, сделав их доступными для использования в любых научных учреждениях. Однако попытка использовать для организации связи коммуникации ARPAnet потерпела крах, столкнувшись с бюрократией оборонной отрасли и проблемой обеспечения персоналом. В результате NSF построил собственную сеть, основанную на IP технологии. Центры были соединены специальными телефонными линиями с пропускной способностью 56 Kbps. Совместное использование суперкомпьютеров позволяло использовать множество других вещей, не относящихся к суперкомпьютерам. Поток сообщений в сети нарастал и в конечном итоге перегрузил управляющие сетью компьютеры и связывающие их телефонные линии.

В 1987 г. контракт на управление и развитие сети был передан компании Merit"Network Inc., которая занималась образовательной сетью Мичигана совместно с IBM и MCI. Старая физически сеть была заменена более быстрыми (примерно в 20 раз) телефонными линиями. Были заменены на более быстрые и управляющие суперкомпьютеры.

Потребности пользователей Internet продолжаю расти. Большинство высших учебных заведений США Западной Европы уже подсоединено к Internet, предпринимаются попытки подключить к этому процессу средние и начальные школы. Пользователи сети прекрасно понимают преимущества, которые дает Internet. Вся это приводит к непрерывному росту сети, развитию технологий и системы безопасности сети. 120

3.7.2. Основы устройства и функционирования Internet

Это глобальная сеть, с развитием которой связывают новый этап в развитии информационной революции конца 20-го столетия. Сеть позволяет решить следующие проблемы:

Практически неограниченные возможности передачи и распространения информации;

Удаленный доступ к огромным массивам накопленных информационных ресурсов;

Общение между пользователями компьютерных сетей в различных странах мира.

Число пользователей Internet в мире строго подсчитать невозможно, но по приблизительным оценкам оно составляет несколько десятков миллионов человек. По одной из методик подсчета количество хост-компьютеров, подключенных к Internet, в январе 1996 г. превысило 9,5 млн., и этот показатель в последнее время ежегодно удваивался. Число пользователей в России, работающих в режиме on-line, превысило стотысячный рубеж, число хост-компьютеров составляет несколько десятков тысяч.

Internet представляет собой всемирное объединение взаимосвязанных компьютерных сетей. Использование общих протоколов семейства TCP/IP и единого адресного пространства позволяет говорить об Internet как о единой глобальной «метасети», или «сети сетей». При работе на компьютере, имеющем подключение к Internet, можно установит связь с любым другим подключенным к Сети компьютером и реализовать обмен информацией с помощью того или иного прикладного сервиса Internet (WWW, FTP, E-mail и др.).

Домашний компьютер или рабочая станция локальной сети получает доступ к глобальной сети Internet благодаря установлению соединения (постоянного или сеансового) с компьютером сервис-провайдера – организации, сеть которой имеет постоянное подключение к Internet и представляет услуги другим организациям и отдельным пользователям. Региональный сервис-провайдер, работающий с конечными пользователями, подключается, в свою очередь, к более крупному сервис-провайдеру - сети

национального масштаба, имеющей узлы в различных городах страны или даже в нескольких странах. Национальные сети получают доступ в глобальный Internet благодаря подключению к международным сервис-провайдерам -сетям входящим в мировую магистральную инфраструктуру Internet. Кроме того, региональные и национальные сервис-провайдеры, как правило, устанавливают соединения между собой и организуют обмен трафиком между своими сетями, чтобы снизить загрузку внешних каналов.

Темпы развития Internet в той или иной стране во многом определяются развитием национальной инфраструктуры IP-сетей (компьютерных сетей, построенных на основе протоколов TCP/IP), включающей магистральные каналы передачи данных внутри страны, внешние каналы связи с зарубежными сетями и узлы в различных регионах страны. Степень развитости этой инфраструктуры, характеристики каналов передачи данных, наличие достаточного количества местных сервис-провайдеров определяют условия работы конечных пользователей Internet и оказывают существенное влияние на качество предоставляемых услуг.

Пользователь, получивший полный доступ в Internet, становится равноправным членом этого мирового сообщества и, вообще говоря, может не интересоваться тем, какие региональные и национальные сервис-провайдеры предоставляют этот доступ.

Internet - организация с полностью добровольным участием. Высшая власть принадлежит ISOC (Internet Society). ISOC - общество с добровольным членством. Его цель – способствовать глобальному обмену информацией через Internet. ISOC назначает совет старейшин, который отвечает за техническую политику, поддержку и управление Internet.

Совет старейшин представляет собой группу приглашенных добровольцев, называемую IAB (Совет по архитектуре Internet.). IAB регулярно собирается, чтобы утвердить стандарты и распределить ресурсы, такие, например, как сетевые адреса.

Пользователи Internet высказывают свои замечания и предложения на встречах IETF (Оперативного инженерного отряда Internet). IETF – это добровольная орга-

низация; которая регулярно собирается, чтобы обсудить текущие эксплуатационные и технические проблемы. Для решения важных проблем IETF создаются рабочие группы. По результатам исследования рабочая группа обычно выпускает доклад.

За Internet никто централизовано не, платит: каждая сеть или пользователь платит за свою часть. Так, например, NSF платит за содержание NSFNET, a NASA – за Научную Сеть NASA (NASA Science Internet). Организации платят за подключение к некоторой региональной сети, которая в свою очередь платит за свой доступ сетевому владельцу государственного масштаба и т.д.

Каждая сеть имеет свой собственный сетевой эксплуатационный центр (NOC). Такой центр связан с другими и знает, как разрешить различные возможные проблемы.

Архитектура сетевых протоколов TCP/IP, на базе которых построен Internet, предназначена специально для объединенной сети. Сеть может состоять из совершенно разнородных подсетей, соединенных друг с другом шлюзами. В качестве подсетей могут выступать самые разные локальные сети (Token Ring, Ethernet, пакетные радиосети и т.п.), различные национальные, региональные и специализированные сети (например, HELPnet), а также другие глобальные сети, такие, например, как Sprint. К этим сетям могут подключаться машины разных типов. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфическими требованиями и имеет свою природу связи.

Доступ в Internet, как уже упоминалось выше, получают через поставщиков услуг (сервис-провайдеров). Поставщики эти продают различные виды услуг, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

Персональный доступ в Internet, особенно в России, пока «дорогое удовольствие», однако многие организации, особенно институты, уже имеют доступ в Internet. В этом случае пользователь не платит «из своего кармана», не имеет дела с поставщиками услуг и т.д.

Имеются возможности получить доступ в Internet не через прямых распространителей, т.е. без лишних затрат. Одна из таких возможностей - служба, называемая Freenet, т.е. бесплатная сеть. Это информационная систе-

ма, основанная соответствующим сообществом, и обычно имеющая модемный доступ к Internet по телефону.

3.7.3. Уровни сети Internet

Пересылка битов в Internet происходит на физическом уровне схемы ISO OSI. Попытка дать краткое и доступное описание затруднительна. Потребуется введение большого количества специальных терминов, понятий, описаний процессов на физическом уровне и т.д. Для понимания работы сети это необязательно. Можно считать, что существует канал, по которому перекачивается информация.

Организации блочной, символьной передачи, обеспечение надежной пересылки происходит на других уровнях модели ISO OSI. Функции канального уровня в Internet распределены по другим уровням, но не выше транспортного. В этом смысле Internet не соответствует стандарту ISO. Канальный уровень Internet занимается только разбиением потока битов на символы и кадры и передачей полученных данных на следующий уровень.

Сеть Internet состоит, в основном, из выделенных телефонных линий. Однако модель телефонной сети не отражает адекватно ее структуру и работу. Телефонная сеть - это сеть с коммутацией каналов, т.е. на все время сеанса связи имеется физическое соединение с абонентом. При этом пользователю выделяется часть сети, которая для других уже не доступна. Это приводит к нерациональному использованию линий сети. Internet является сетью с коммутацией пакетов, чем принципиально отличается от сети с коммутацией каналов.

Наглядным примером сети с коммутацией пакетов является почта. Модель почты достаточно точно отражает суть работы и структуры Internet, и ею часто пользуются. Компьютерные сети, которые в концептуальном плане наследуют принцип организации почтовой связи, называются дейтаграммными сетями.

3.7.4. Протокол Internet (IP)

Internet аккуратно передает данные в различные точки, разбросанные по всему миру. Забота об этом возложена на сетевой ровень в эталонной модели ISO OSI.

Различные части Internet соединяются между собой посредством компьютеров, которые называются узлами. Узлы - аналоги почтовых отделений, где принимается решение, как перемещать пакеты по сети, точно так же, как в почтовом узле намечается дальнейший путь почтового конверта. Каждый узел не имеет непосредственных прямых связей со всеми остальными узлами.

Для работы такой системы требуется, чтобы каждый узел знал об имеющихся связях и о том, на какой из ближайших узлов оптимально следует передать адресованный пакет. В Internet узлы выясняют, куда следует пакет данных, решают, куда его дальше отправить и отправляют. Такой процесс называется маршрутизацией.

Для осуществления маршрутизации составляются таблицы маршрутизации. В Internet составление и модификация таблиц маршрутизации определяются соответствующими протоколами: ICMP (Internet Control Message Protocol), RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First). Узлы, занимающиеся маршрутизацией, называются маршрутизаторами.

В Internet имеется набор правил по обращению с пакетами. Протокол Internet (IP) берет на себя заботы по адресации и подтверждению того, что узлы понимают, что следует делать с данными по пути их следования. Суть работы протокола IP аналогична правилам обработки почтового конверта. В начало каждого пакета помещается заголовок, несущий информацию об адресате сети. Этой информации достаточно, чтобы определить, куда и как доставить пакет данных.

Адрес в Internet состоит из 4 байт. При записи байты отделяются друг от друга точками: 111.22.345.99 или 3.33.33.3. По сути адрес состоит из нескольких частей. Начало адреса говорит о том, частью какой из сетей является отправитель. Правый конец адреса говорит о том, " какой компьютер или хост должен получить пакет. Каждый компьютер в Internet имеет в этой схеме уникальный адрес, аналогично обычному почтовому индексу. Существует несколько типов адресов Internet, которые по-разному делят адрес на поля номера сети и номера узла, и от типа такого деления зависит количество возможных различных сетей и машин в таких сетях.

Пересылаемая по сетям IP информация делится на части, раскладываемые в отдельные пакеты. Длина информации внутри одного пакета обычно составляет от 1 до 1500 байт. При таком подходе всем пользователям предоставляются примерно равные права. Поэтому, чем больше пользователей одновременно пользуется сетью, тем медленнее она работает с каждым пользователем.

Протокола IP вполне достаточно для работы в Internet. Данные, помещенные в оболочку IP, содержат всю необходимую информацию для передачи их с компьютера пользователя получателю. Однако при пересылке информации с использованием протокола IP возникает ряд проблем, которые необходимо решать:

Большинство сообщений содержит более 1500 символов, т.е. превышает допустимый размер одного пакета;

Последовательность пакетов в сообщении может отличаться от исходной;

Возможны ошибки в передаче пакетов. Следующие уровни сети Internet должны обеспечить

пересылку больших массивов информации и устранить ошибки, которые возникают в процессе передачи.

Для этого создается программное обеспечение, которое понимает язык команд, выдает сообщения об ошибках, подсказки, использует для адресации сетевых компьютеров при общении с пользователем обычные имена, а не числа и т.д., т.е. повышает уровень удобства работы в сети. В модели ISO OSI над этим работают уровни выше транспортного, т.е. сеансовый, представления данных и прикладной.

Приложения Internet - это составляющие части программного обеспечения. Их создают на основе сервиса TCP или UDP. Приложения позволяют пользователю достаточно просто справиться с возникшей проблемой, не вдаваясь в подробности технического устройства сети, протоколов и т.п.

Существует несколько стандартных приложений, или служб Internet: удаленный доступ (telnet), передача файлов, электронная почта (E-mail) и т.д., которые далее будут рассмотрены подробнее. Наряду с ними используются и другие, нестандартные приложения.

3.7.5. Службы Internet

В этом разделе будут рассмотрены самые популярные службы Internet. Эти приложения поддерживаются стандартом. Статистические данные показывают частоту использования того или иного протокола Internet, т.е. в некотором смысле, его популярность.

3.7.5.1. Удаленный доступ (telnet)

Удаленный доступ - работа на удаленном компьютере в режиме, когда компьютер пользователя эмулирует терминал удаленного компьютера, т.е. на своем рабочем месте можно делать то же, что и с обычного терминала удаленной машины. Находясь, например, в России, можно работать на суперкомпьютере в США.

Начать сеанс удаленного доступа можно, подав соответствующую команду и указав имя машины, с которой хотят работать. Сеанс обеспечивается совместной работой программного обеспечения удаленного компьютера и компьютера пользователя. Они устанавливают TCP-связь и общаются через TCP и UDP пакеты.

Для пользования службой telnet необходимо иметь доступ в Internet класса не ниже dial-up.

3.7.5.2. Электронная почта (E-mail)

Электронная почта – одна из самых популярных на сегодняшний день Internet-служб. По разным оценкам в мире насчитывается более 50 миллионов пользователей электронной почты. В то же время, мировой трафик электронной почты занимает только около 5% всего сетевого.

Популярность E-mail в России объясняется как тем, что большинство подключений имеют класс dial-up (с модема), так и тем, что E-mail доступна при любом виде доступа к Internet.

E-mail (Electronic mail) - электронный аналог обычной почты. С ее помощью можно посылать сообщения, получать их в свой электронный почтовый ящик, автоматически отвечать на письма корреспондентов, используя их адреса, рассылать копии писем нескольким получателям, переправлять полученное письмо по другому адресу,

включать в письма файлы разных типов, вести подобие дискуссий с группой корреспондентов и т.д. Можете посылать почту через шлюзы в сопредельные сети.

Служба E-mail позволяет получить доступ к услугам других служб, например ftp, Whois, WWW и т.п. Существует множество серверов, поддерживающих такие услуги. В адрес такой службы посылается E-mail, содержащий команды этой службы, а в ответ по E-mail приходит необходимый файл. В таком режиме возможно использование почти всего набора команд службы ftp.

E-mail дает возможность проводить телеконференции и дискуссии. Для этого используется специальное программное обеспечение - рефлекторы почты, – установленное на некоторых узловых машинах сети. Рефлектор почты по получении электронных писем рассылает их копии всем подписчикам.

3.7.5.3. Доски объявлений (USENET news)

Эта служба дает возможность читать и посылать сообщения в открытые дискуссионные группы. По сути она представляет собой сетевой вариант досок объявлений (BBS: Bulletin Board System), изначально работавших на машинах с модемным доступом. Сообщения адресуются широкой публике, а не конкретному адресату и могут иметь совершенно разный характер.

Узлы сети, занимающиеся обслуживанием системы новостей, по получении пакета новостей рассылают его своим соседям, так что получается широковещание, обеспечивающее быструю рассылку новостей по всей сети.

После установки клиентской программы службы Usenet на компьютере пользователя создается список дискуссионных групп, в которых он хочет участвовать и чьи бюллетени новостей он будет получать постоянно.

3.7.5.4. Поиск данных и программ (Archie)

Эта служба регулярно собирает с анонимных ftp-серверов информацию о содержащихся там файлах. Она позволяет производить поиск по названиям файлов и директорий и по описательным файлам, а именно по словам, там содержащимся. Искать можно по имени, по

шаблону, по смысловым словам, которые могут содержаться в описании файла или программы.

Доступ к Archie осуществляется через особые Archie-серверы, Использование службы Archie требует наличие Internet-доступа класса dial-up. Help также доступен по электронной почте.

3.7.5.5. Служба Gopher

Служба Gopher интегрирует практически все возможности Internet. Она позволяет в удобной форме пользоваться всеми услугами, предоставляемыми сетью. Организована оболочка в виде множества вложенных на разную глубину меню, так что остается только выбрать нужный пункт и нажать ввод. В такой форме имеется доступ к сеансам telnet, ftp, и E-mail и т.д.

Gopher-серверы получили широкое распространение. Их трафик составляет около 2% от общего трафика в сети. С одного сервера можно войти в другие.

Gopher должен быть установлен непосредственно на рабочем компьютере пользователя и он сугубо интерактивен, при этом доступ в Internet должен быть не хуже доступа по вызову.

3.7.5.6. Всемирная паутина World Wide Web (WWW)

Гипертекст представляет собой текст со вставленными в него командами разметки, организующим ссылки на связанные места данного текста, других документов, рисунки, файлы и т.д. При просмотре гипертекста в программе-броузере, которая обрабатывает ссылки и выполняет соответствующие действия, в тексте видны выделенные подсветкой слова. Если навести на них курсор и нажать на клавишу ввода или на кнопку мыши, то высветится содержимое ссылки.

В WWW по ссылкам можно попасть в текст другого документа, выполнить какое-нибудь действие или программу и т.д. Ссылаться можно на данные на других машинах в любом месте сети, тогда при активации этой ссылки эти данные автоматически передадутся на исходную машину и вы увидите на экране текст, данные, картинку, а если провести в жизнь идею мультимедиа, – то

5 Информатика и математика для юристов

услышите и звук, музыку, речь. В рамках службы WWW можно получать доступ ко всем другим службам: telnet, E-mail, ftp, Gopher, Archie, Usenet и т.п.

По возможностям WWW напоминает Gopher, однако это принципиально другая служба. В Gopher имеется жесткая структура меню. В WWW документ, может иметь гипертекстовую структуру любой степени сложности. Пользователь может сам организовать структуры типа меню в гипертексте.

Имея редактор гипертекстов, который поддерживает язык HTML, можно создать любую структуру рабочей среды, включая документацию, файлы, данные, рисунки, программное обеспечение и т.д. Создание гипертекстовых редакторов с дружественным интерфейсом является одной из основных проблем WWW.

Работать с WWW имеет смысл лишь на быстрых линиях. Использование WWW на медленных линиях -слишком дорогое удовольствие. К тому же, WWW требует доступа в сеть в режиме on-line.

3.8. Информационно-вычислительная сеть ОВД

Защита прав и свобод граждан России, включая право на личную неприкосновенность и безопасность, права собственности, эффективное реагирование на изменения в криминогенной обстановке, борьба с наиболее опасными видами преступлений и улучшение правопорядка в стране невозможны без создания стройной системы информационного обеспечения органов внутренних дел от уровня горрайлиноргана до федерального уровня.

В решении этой глобальной задачи можно выделить ряд ключевых проблем:

1. Обеспечение информационного обслуживания (по запросам и в инициативном порядке) органов внутренних дел России, оперативных служб других заинтересованных ведомств в вопросах оперативно-справочной, розыскной и криминалистической информации.

2. Обеспечение полноты и достоверности статистической информации на основе укрепления учетно-регистрационной дисциплины.

По оценкам специалистов, на уровне горрайлинор-ганов в дежурных частях, у оперработников, следователей, сотрудников других подразделений на документах первичного учета, в учетных журналах и других носителях накапливается до 70% всей информации, циркулирующей в органах внутренних дел, которая формирует банк оперативно-справочной и оперативно-розыскной информации. Структура и порядок формирования оперативно-справочных, розыскных и криминалистических учетов органов внутренних дел России определены Приказом МВД России от 31.08.1994 г. № 400 «О формировании и ведении централизованных оперативно-справочных, розыскных, криминалистических учетов, экспертно-криминалистических коллекций и картотек органов внутренних дел Российской Федерации», положениями которого должны руководствоваться сотрудники информационной службы в своей работе.

В соответствии с нормативными документами МВД России, на информационных работников штабов горрайли-норганов возлагается организация учетно-регастрационной и статистической работы и контроля за своевременностью регистрации заявлений, сообщений и иной информации о преступлениях.

Качественное и эффективное решение двух первых задач на современном этапе невозможно без применения новейших информационных технологий, без создания интегрированных банков данных разного уровня (локального - горрайлинорганы, регионального - МВД, ГУВД, УВД, УВДТ, федерального - МВД России) для оперативно-розыскных и криминалистических учетов, объединения их в единое информационное пространство, что предоставит быстрый и удобный доступ к информации с рабочих мест сотрудников ОВД в любое время суток в режиме реального времени.

Диапазон применения компьютерных технологий в области информационного обеспечения ОВД достаточно широк – от обработки статистики правонарушений до межмашинного обмена информацией оперативно-розыскного, справочного и криминалистического назначения в рамках территориальной информационно-вычислительной сети ло-

калъного (горрайлинорганы), регионального (зонального) федерального уровней.

ЦА МВД России

Гланое управление

Гланое управление

ГИЦ МВД России

Абонентский компьютер

Федеральный банк данных

СПД МВД России

Абонентский компьютер

Региональный банк данных

	ГРОВД Отдел милиции			Райотдел
				Терминал

Рис. 3.4. Структура информационного обеспечения МВД России

Таким образом, формирование единой информационно-вычислительной сети органов внутренних дел с

обеспечением прямого доступа пользователей (в первую очередь уровня горрайлинорганов) к информационным массивам интегрированных банков данных в режиме реального времени является третьим приоритетным направлением деятельности информационных подразделений в системе МВД.

Планируется объединение на логическом уровне региональных банков данных нескольких МВД, УВД близлежащих областей, находящихся в зоне экономического района. Такие зональные центры (в пределах 10 на территории Российской Федерации) будут обеспечивать требуемый уровень интеграции информационных ресурсов и способствовать реальному формированию единого информационного пространства подразделений ОВД.

Нормативной базой для проведения крупномасштабных работ по компьютеризации ОВД является «Концепция развития системы информационного обеспечения ОВД в борьбе с преступностью», утвержденная приказом МВД России от 12 мая 1993 г., на основе которой разработаны основные принципы создания ИВС, предложены типовые архитектурные и программно-технические решения, разрабатываются комплексы прикладных программных средств.

В целом концепция и техническое задание на создание ИВС ориентированы на несколько уровней сбора, обработки и накопления информации. На уровне горрайлинорганов рабочими местами являются персональные компьютеры IBM PC/386, объединенные, если это необходимо, в локальную вычислительную сеть.

На более высоком уровне основой системы являются такие компьютеры, как IBM 486 и МХ-300, МХ-500 фирмы «Сименс-Никсдорф» с большими объемами же-Ц стких дисков и оперативной памяти и высокой скоростью обработки данных. Эти компьютеры работают под управлением многопользовательской операционной системы UNIX и используют систему управления базами данных Oracle.

Основным достоинством ОС UNIX является возможность системными средствами решать проблему одновременной работы многих пользователей с разграни-

чением их доступа к системным ресурсам и данным, независимо от способа подключения этих пользователей.

Все это послужит основой формирования региональных информационных сетей ОВД, объединяемых затем в единую информационно-вычислительную сеть МВД Российской Федерации, которая в техническом плане представляет собой совокупность связанных каналами и линиями связи информационно-вычислительных центров (районов, крупных городов, республик, краев и областей, экономических зон России в целом) с подключенными к ним терминалами в горрайлинорганах и службах МВД, УВД.

Сейчас в органах внутренних дел России накоплен значительный массив оперативно-розыскной и справочной информации, необходимой работникам правоохранительных органов для проведения оперативно-следственных и розыскных мероприятий, а также для решения других служебных задач. Только в автоматизированных базах данных, а также ручных картотеках ГИЦ и ИЦ МВД-УВД сосредоточено более 76 млн объектов. В целом, по экспертным оценкам, в ОВД ежегодно создается более 350 млн документов, из них примерно 10% – фактографические. В настоящее время постоянный информационный обмен ведется на трех уровнях:

МВД России (ГИЦ) – информационный фонд – 45 млн документов;

МВД, ГУВД, УВД – информационные центры – 77 млн документов;

Горрайлинорганы и учреждения - 250-300 млн документов.

Задачи информационных подразделений горрайлин-органов в этом направлении определяются Приказами МВД России от 12 мая 1993 г. № 229 «Концепция развития системы информационного обеспечения органов внутренних дел в борьбе с преступностью» и № 420-93 г.:

Внедрение перспективных информационных технологий, средств вычислительной техники и телекоммуникаций, локальных вычислительных сетей, типовых программных средств и автоматизиро-

ванных рабочих мест для обобщения и анализа информации, информационной поддержки оперативно-служебной деятельности горрайлиноргана внутренних дел;

Обеспечение единообразия и совместимости средств вычислительной техники и телекоммуникаций, работоспособности общесистемных и прикладных программных средств, их адаптации с учетом специфики эксплуатируемых автоматизируемых систем обработки информации;

Изучение передового опыта в области компьютеризации, а также совершенствование технологии обработки информации.

Создание интегрированной вычислительной сети органов внутренних дел позволит обеспечить информационное взаимодействие различных подразделений оперативных служб, дежурных частей УВД, дежурных частей служб следствия и дознания, паспортной службы, ГАИ, разрешительной службы, городских и линейных органов внутренних дел с центральным банком данных (в масштабах города, области, региона, страны), содержащих информацию всех служб абонентов сети. Кроме того, абонентами сети могут выступать службы прокуратуры, суда, ФСК, налоговые и таможенные службы. Все абоненты сети являются одновременно и потребителями, и поставщиками информации в интегрированные банки данных.

Главное достижение – не в объеме информации, а в оперативности ее получения: там, где сейчас требуются часы, а нередко и дни, с созданием ИВС – потребуются минуты.

Кроме того, совместное функционирование в рамках ИВС интегрированных банков данных общего пользования даст возможность обеспечить единство информационной поддержки основных стадий уголовно-процессуальной деятельности.

Концентрация в рамках ИВС сигнальной, ориентирующей, розыскной и доказательственной информации, обеспечение логической взаимосвязи ее компонентов позволит, кроме того, повысить информированность каждого оперативного работника, создаст условия для бо-

лее эффективного использования накопленной информации в процессе расследования, раскрытия и профилактики преступлений-

Создание интегрированной вычислительной сети также позволит информационной службе перейти от традиционных ныне видов статистической и оперативно-справочной работы по поддержке в раскрытии и расследовании преступлений к ориентированию правоохранительных органов на розыск преступников; проведению сравнительной (предварительной) идентификации способов совершения преступлений, следов и вещественных доказательств, описаний лиц и примет похищенного имущества; выявлению в инициативном порядке криминогенных структур (связей, групп, соотношений событий и т.д.); оказанию действенной помощи в анализе и прогнозировании оперативной обстановки.

Лекция 6. Информационно-вычислительные сети
Понятие и виды информационно-вычислительных сетей
Определение . Информационно-вычислительная сеть – это система компьютеров, объединенных каналами передачи данных.
Основная задача существования ИВС – информационное обслуживание пользователей, в том числе:

• 
  Хранение и обработка данных;
• 
  Предоставление данных пользователям.

Ср. с определением информационной системы. Современные ИС, как правило, являются распределенными. Таким образом, ИВС представляет собой комплекс технических средств, обеспечивающих функционирование ИС (техническую обеспечивающую подсистему).

Показатели качества ИВС:

• 
  Полнота функциональности;
• 
  Производительность (среднее количество запросов, обрабатываемых за единицу времени). Важным показателем производительности является пропускная способность сети – количество данных, передаваемых через сеть за единицу времени.
• 
  Надежность (устойчивость к помехам и отказам)
• 
  Защищенность информации , передаваемой по сети;
• 
  Прозрачность для пользователя – он должен использовать ресурсы сети точно так же как и локальные ресурсы собственного компьютера.
• 
  Масштабируемость и универсальность – возможность расширения сети без существенного снижения производительности, а также возможность подключать и использовать разнообразное техническое и программное обеспечение.

Виды ИВС:

• 
  Локальные (ЛВС, LAN – Local Area Network);
• 
  Региональные (РВС, MAN – Metropolitan Area Network);
• 
  Глобальные (ГВС, WAN – World Area Network).

Современные тенденции развития ИВС:

• 
  Конвергенция используемых технологий;
• 
  Объединение сетей в единую структуру (многосетевую иерархию).

Основы архитектуры ИВС
Концептуальное описание информационно-вычислительной сети часто называют ее архитектурой .

Понятие Архитектура ИВС обычно включает в себя описание следующих элементов:

• 
  Геометрию построения (топологию) сети;
• 
  Протоколы передачи данных;
• 
  Техническое обеспечение информационно-вычислительных сетей.

Определение . Топология – это схема соединения сетевых компьютеров, кабельной системы и других сетевых компонентов.

Топологии ИВС принято разделять на 2 основных класса:

• 
  широковещательные;
• 
  последовательные.

В широковещательных конфигурациях каждый компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты всеми остальными компьютерами.

К таким конфигурациям относятся:

1. 
   общая шина;
2. 
   дерево (соединение общих шин);
3. 
   звезда с пассивным центром.

Широковещательные топологии применяются в основном для ЛВС.
В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному компьютеру.

К таким конфигурациям относятся:

1. 
   звезда с интеллектуальным центром;
2. 
   кольцо;
3. 
   цепочка;
4. 
   иерархическое соединение;
5. 
   снежинка;
6. 
   произвольное соединение (ячеистая конфигурация);

Последовательные топологии применяются для глобальных сетей.
Сети с шинной топологией используют линейный общий канал связи, к которому все узлы присоединяются через интерфейсные устройства посредством коротких соединительных линий.

В сети с кольцевой топологией все узлы соединены в единую замкнутую петлю (кольцо) каналами связи. Выход одного узла соединяется со входом другого узла. Информация передается от узла к узлу и при необходимости (если сообщение адресовано не ему) ретранслируется им по сети дальше. Передача данных осуществляется с использованием специальной интерфейсной аппаратуры и ведется в одном направлении.

Основу сети с радиальной топологией составляет специальное сетевое устройство, к которому подключаются компьютеры – каждый по своей линии связи. Таким устройством может выступать активный или пассивный концентратор, через который рабочие станции сети, например, осуществляют взаимодействие с сервером.

Существуют также иные виды топологий, которые являются развитием базовых: цепочка, дерево, снежинка, сеть и т.д. Топология реальной сети может совпадать с одной из указанных выше, либо представлять собой их комбинацию.

В различных топологиях реализуются различные принципы передачи информации :

1. 
   в широковещательных – селекция информации;
2. 
   в последовательных – маршрутизация информации.

Определение . Сетевой протокол – это набор правил и методов взаимодействия объектов вычислительной сети, охватывающий основные процедуры, алгоритмы и форматы преобразования и передачи данных в сети.

Международная организация по стандартизации разработала систему стандартных протоколов, которые охватывают все уровни сетевого взаимодействия – от физического до прикладного. Эта система протоколов получила название модели взаимодействия открытых систем (OSI, Open System Interconnection).

Модель OSI включает в себя 7 уровней взаимодействия:

• 
  1 – физический (формирует физическую среду передачи данных). Пример : Ethernet;
• 
  2 – канальный (организация и управление физическим каналом передачи данных);
• 
  3 – сетевой (обеспечивает маршрутизацию передачи данных в сети, устанавливает логический канал передачи данных). Пример : IP;
• 
  4 – транспортный (обеспечивает сегментирование данных и их надежную передачу от источника к потребителю). Пример : TCP;
• 
  5 – сеансовый (инициализация сеансов связи между приложениями, управление очередностью и режимами передачи данных) Пример : RPC;
• 
  6 – Представления (обеспечивает представление передаваемых данных в удобном для прикладных программ виде, включая шифрование/дешифрование, синтаксис и т.п.) Практическое применение ограничено;
• 
  7 – прикладной (обеспечивает средства сетевого доступа для прикладных программ). Пример : FTP, HTTP, Telnet.

С точки зрения технического обеспечения ИВС содержит:

• 
  Компьютеры
  • 
    Рабочие станции;
  • 
    Сетевые компьютеры (NetPC) – ЭВМ максимально упрощенно конфигурации, иногда без внешней памяти, предназначены для решения узкоспециализированных задач (классический «тонкий клиент» сети);
  • 
    Серверы – высокопроизводительные многопользовательские компьютеры, выделенные для обработки запросов пользователей сети. К специализированным серверам относятся:
    • 
      Файл-серверы (например, на RAID-массивах);
    • 
      Серверы резервного копирования;
    • 
      Факс-серверы (для организации эффективной факсимильной связи);
    • 
      Почтовые серверы;
    • 
      Серверы печати (для эффективного использования устройств вывода информации);
    • 
      Серверы-шлюзы в Интернет (обеспечивают защищенный выход в Интернет);
    • 
      Прокси-серверы (обеспечивают фильтрацию и временное хранение данных при работе в глобальной сети).
• 
  Маршрутизаторы и коммутирующие устройства. Устройства коммутации необходимы для использования одних и тех же каналов связи для передачи информации между различными пользователями. Если при этом сеть относится к классу сетей с маршрутизацией, то необходимо также осуществлять выбор оптимального маршрута. Для этого используются указанные устройства. В настоящее время известно три вида коммутации при передаче данных:
  • 
    Коммутация каналов – организация непосредственного физического соединения между пунктам отправления и назначения данных. Такой сквозной физический канал устанавливается в начале сеанса связи и поддерживается все время его жизни. При этом образованный канал недоступен для других абонентов. Пример : телефонная связь.
  • 
    Коммутация сообщений – передача данных в виде дискретных порций разной длины, при этом установления физического канала между источником и адресатом данных не происходит. Узлы коммутации передают сообщение по свободному на данный момент каналу на ближайший узел сети в сторону получателя.
  • 
    Коммутация пакетов – похожа на коммутацию сообщений, но применяется технология разбиения длинных сообщений на множество пакетов одинаковой (стандартной) длины. Это позволяет повысить эффективность использования каналов, уменьшить емкость запоминающих устройств узлов коммутации, обеспечить более высокий уровень надежности передачи данных. Развитие этой технологии: организация виртуальных каналов , то есть разделение по времени ресурса канала между всеми пользователями.
• 
  Кабельная система (каналы связи).
• 
  Модемы и сетевые карты.
  • 
    Модем – устройство прямого и обратного преобразования сигналов к виду, принятому для использования в определенном канале связи.
    • 
      Аналоговые модемы – в настоящее время широко используются для передачи данных через телефонную линию. Первые версии протоколов передачи данных по телефонными проводам появились в середине 60-ых годов. Действующий с 1998 года протокол V.90 обеспечивает скорость передачи данных до 56 000 бит/с. Современные модемы поддерживают не только протоколы передачи данных, но и их кодирования, сжатия, коррекции. Аналоговые модемы бывают двух классов: программные и аппаратные. В первых выполнение работ по приему и передаче данных компьютером осуществляется с использованием соответствующего программного обеспечения (Пример : Win-модемы). Ко второму классу относятся устройства, в которых перечисленные функции реализованы аппаратно.
    • 
      Цифровые модемы – это устройства, обеспечивающие согласование и правильность передачи данных по цифровым линиям. Для каждой конкретной сетевой технологии (относящейся к нижним уровням модели OSI) выпускается свой цифровой модем. Примеры : ISDN-модемы, ADSL-модемы, сотовые модемы, спутниковые радиомодемы.
  • 
    Сетевые карты (сетевые адаптеры) – устройства, служащие для подключения компьютера к локальной сети.
• 
  Иное сетевое оборудование, используемое для соединения между собой сетевых сегментов и сетей, в том числе:
  • 
    Повторители – устройства, усиливающие электрические сигналы и обеспечивающие его сохранение при передаче на большие расстояния;
  • 
    Концентраторы – устройства, обеспечивающие коммутацию в сетях. Могут также выполнять роль повторителей (активные концентраторы);
  • 
    Мосты – регулируют трафик и осуществляют фильтрацию информационных пакетов в соответствии с адресами получателей при соединении нескольких сетей с различной топологией но под управлением однотипных ОС.
  • 
    Маршрутизаторы – интеллектуальные устройства, обеспечивающие соединение разнотипных сетей и предлагающие оптимальный маршрут для движения информационных пакетов.
  • 
    Шлюзы – обеспечивают объединение разнородных сетей, использующих различные протоколы на всех 7 уровнях OSI. Кроме маршрутизации выполняют преобразование формата информационных пакетов и их перекодирование.

Локальные ИВС
Определение . Локальной вычислительной сетью (ЛВС) называют сеть, элементы которой – вычислительные машины, терминалы и связная аппаратура – располагаются на сравнительно небольшом удалении друг от друга.
Виды ЛВС:

• 
  Одноранговые;
• 
  С выделенным сервером.
  • 
    С «толстым клиентом»;
  • 
    С «тонким клиентом»

Этапы проектирования ЛВС:

1. 
   Анализ исходных данных;
2. 
   Выбор основных сетевых решений;
3. 
   Анализ финансовых затрат на проект и принятие окончательного решения;
4. 
   Прокладка кабельной системы;
5. 
   Организация силовой электрической сети;
6. 
   Установка оборудования и сетевого программного обеспечения;
7. 
   Конфигурирование (настройка параметров) сети.

Первые три этапа касаются непосредственно процесса проектирования и являются основополагающими. В результате их выполнения формулируется технико-экономическое обоснование (ТЭО), которое включает в себя анализ предметной области и обоснование необходимости создания в организации локальной информационно-вычислительной сети. Кроме того, ТЭО обязательно должно содержать расчеты экономической эффективности, а также итоговое заключение о целесообразности и получаемых перспективах от реализации проекта (в данном случае, создания ЛВС)

Определение исходных данных
На этом этапе на основе анализа предметной области определяются те базовые требования, которым должна удовлетворять проектируемая локальная сеть.

1. 
   Анализ предметной области необходимо начинать с определения целей разработки ЛВС. В качестве общих можно назвать такие цели как: обеспечение связи, совместная обработка информации, совместное использование данных и файлов, централизованное управление компьютерами, контроль за доступом к важным данным. Разумеется, в каждом конкретном случае перечень целей должен быть уточнен и дополнен. Следует помнить, что всякая цель проектирования и реализации ЛВС возникает не сама по себе, а как одна из целей функционирования некоторой информационной системы.
2. 
   После определения списка целей необходимо выделить функционально-независимые группы пользователей локальной сети и указать для каждой из групп перечень их функций в ЛВС. Например , для пользователей группы «Клиенты туристической фирмы» можно предусмотреть функцию ознакомления с электронными презентациями новых маршрутов, а для пользователей «Менеджер туристической фирмы» – функции доступа к внутренней базе данных фирмы, подключения к глобальным сетям бронирования, связи с другими менеджерами и т.п. Следует помнить, что реализация каждой пользовательской функции должна способствовать достижению ранее заявленных целей разработки локальной сети.
3. 
   Проведенный анализ целей и функций позволяет выдвинуть общие требования к проектируемой ЛВС:

• 
  Размер сети (количество компьютеров и расстояние между ними в настоящее время, а также в ближайшем будущем и в перспективе);
• 
  Структура сети (иерархия и основные части – по подразделениям, комнатам, этажам и т.п.);
• 
  Основные направления, характер (данные, изображения, звук, видео) и интенсивность информационных потоков;
• 
  Необходимость подключения к глобальным или другим локальным сетям.
• 
  Типовые характеристики компьютеров ЛВС.
• 
  Требования к программному обеспечению, устанавливаемому на компьютерах, объединяемых в сеть.

На основе выдвинутых требований проектировщик осуществляет поиск оптимального варианта ЛИВС.

Выбор основных сетевых решений
Выбор сетевых решений для локальной компьютерной сети осуществляется на основе следующих принципов:

• 
  Сеть должна соответствовать требованиям, сформулированным на этапе анализа исходных данных.
• 
  Предложенный вариант проекта ЛВС должен быть наиболее оптимальным с точки зрения некоторого критерия.
• 
  Архитектура сети должна обеспечивать возможность дальнейшего развития сети.
• 
  Управление используемым оборудованием должны быть как можно более простым.

К основным сетевым решениям, которые проектировщик должен выбрать для проектируемой компьютерной сети, относятся:

• 
  Выбор сетевой архитектуры, что подразумевает:
  • 
    Выбор топологии сети, то есть схемы соединения компьютеров, кабельной системы и других сетевых компонентов;
  • 
    Выбор протокола передачи данных;
  • 
    Выбор типа кабельной системы;
  • 
    Выбор сетевого оборудования.
• 
  Определение параметров серверного оборудования.
• 
  Определение характеристик рабочих станций.
• 
  Планирование мер по обеспечению информационной безопасности.
• 
  Планирование мер защиты от перебоев электропитания.
• 
  Выбор концепции совместного использования периферийных устройств.
• 
  Выбор сетевого ПО.

Обеспечение безопасности информации в сетях
Три базовых принципа информационной безопасности

• 
  Целостность данных (защита от сбоев, ведущих к потере информации, а также неавторизованного создания или уничтожения информации);
• 
  Конфиденциальность информации;
• 
  Доступность информации для всех авторизованных пользователей.

Аспекты рассмотрения вопросов информационной безопасности:

• 
  Угрозы безопасности;
• 
  Сервисы (службы) безопасности (СБ);
• 
  Механизмы реализации функций служб безопасности.

Угрозы безопасности описываются следующими показателями:

• 
  Характер проникновения (несанкционированного доступа в сеть): преднамеренное или случайное, кратковременное или долговременное, разовое или многократное.
• 
  Воздействие проникновения на информационную среду:
  • 
    Неразрушающее (сеть продолжает функционировать нормально);
  • 
    Разрушающее.
• 
  Вид воздействия на информацию:
  • 
    Уничтожение (физическое удаление) информации;
  • 
    Разрушение данных и программ;
  • 
    Искажение информации;
  • 
    Подмена программ;
  • 
    Копирование информации (особенно опасно в случаях промышленного шпионажа);
  • 
    Добавление новых компонентов;
  • 
    Заражение вирусом.
• 
  Иные угрозы безопасности: несанкционированный обмен информацией между пользователями, отказ от информации, отказ в обслуживании.
• 
  Объекты воздействия: сетевая ОС, служебные таблицы и файлы, программы и таблицы шифровки информации, ОС рабочих станций сети, таблицы и файлы с секретной информацией конечных пользователей, прикладные программы, текстовые файлы, сообщения электронной почты и т.д.
• 
  Субъекты проникновения:
  • 
    Взломщики сетей – хакеры (из корыстных или бескорыстных побуждений);
  • 
    Уволенные или обиженные сотрудники сети;
  • 
    Специалисты по промышленному шпионажу;
  • 
    Недобросовестные конкуренты.
  • 
    Некомпетентные и/или халатные администраторы и пользователи сети, а также разработчики используемого ПО (при случайном проникновении).

Службы безопасности (определяются в соответствии с документацией ISO):

• 
  Аутентификация подтверждение подлинности);
• 
  Обеспечение целостности передаваемых данных;
• 
  Засекречивание данных;
• 
  Контроль доступа;
• 
  Защита от отказов.

Механизмы реализации СБ:

• 
  Шифрование;
• 
  Цифровая подпись;
• 
  Контроль доступа;
• 
  Обеспечение целостности данных;
• 
  Обеспечение аутентификации (проверка подлинности пользователей);
• 
  Подстановка трафика (генерация объектами сети фиктивной передачи данных для засекречивания потоков конфиденциальной информации);
• 
  Управление маршрутизацией (выбор безопасных и надежных маршрутов передачи секретных сведений);
• 
  Арбитраж (подтверждение подлинности отправителя и других характеристик передаваемых данных некоторой третьей стороной – арбитром).

Корпоративные компьютерные сети
Корпоративные сети – это сети масштаба корпорации, активно использующие технологии сети Интернет для информационного обмена. Их относят к особому классу локальных сетей, имеющих значительную территорию охвата.

Определение . Интранет – это частная внутрифирменная или межфирменная компьютерная сеть, обладающая расширенными возможностями благодаря использованию в ней технологий Интернета, имеющая доступ в сеть Интернет, но защищенная от обращений к своим ресурсам со стороны внешних пользователей.
Элементы современной интранет-сети :

• 
  Сетевое управление;
• 
  Сетевой каталог, отражающий все сетевые службы и ресурсы;
• 
  Сетевая файловая система;
• 
  Корпоративная база данных;
• 
  Интегрированная передача сообщений (электронная почта, факс и др.);
• 
  Средства работы в WWW;
• 
  Сетевая печать;
• 
  Защита информации от несанкционированного доступа.

Корпоративные компьютерные сети являются основой для построения корпоративных информационных систем .