Всемирная сеть. Типы глобальных сетей

В нашем динамично развивающемся мире многие люди, даже не имеющие непосредственного отношения к вычислительной технике, имеют дома компьютер. Зачастую человек, впервые купивший ПК, вдоволь наигравшись, решает подсоединиться к Интренету, о котором хорошо наслышан. Среди нескольких интернет-провайдеров, предлагающих свои услуги, он должен выбрать одного. Приведенный ниже материал поможет принять решение. В нем рассмотрены способы подключения ПК к Сети и технологии, позволяющие выходить в нее через обычную электрическую розетку.

Есть несколько причин, способствующих распространению Всемирной паутины в России. И объясняются они не повышением доходов населения, а, во-первых, снижением цен на коммуникационное оборудование, да и вообще на технику в целом; во-вторых, увеличением числа интернет-провайдеров и укрупнением уже существующих; в-третьих, снижением цен на подключение к Сети, в результате его расширения, а также принятия нового закона «О связи».

Сейчас доступ в Интернет можно получить с помощью сети КТВ (кабельное телевидение), домовой локальной сети (ЛС), асимметричной цифровой абонентской линии - ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Lines) и проч. Причем одни из технологий доступа к всемирной Сети не требуют прокладки дополнительных коммуникаций, а другие, наоборот, не могут без них обойтись.

Доступ через стационарный или мобильный телефон

Еще недавно основным видом доступа в Интернет был коммутируемый (здесь и далее речь идет о московском регионе, где существует многообразие технологий). Его преимущества очевидны. Стоимость модема, включающегося в обычную телефонную розетку, снизилась и в зависимости от модели колеблется от 20 до 100 долл. Подсоединение зависит только от того, включен ли абонент в телефонную сеть общего пользования (ТфОП). Повсеместный переход на цифровые АТС позволяет работать со скоростями до 56 кбит/с, а с учетом сжатия - с еще большими (протоколы V.92, V.44). Этого достаточно для просмотра HTML-страниц, игр, копирования файлов объемом до 10 Мбайт и чтения почты. Но эта же простота порождает множество проблем, обусловленных прежде всего недоступностью абонента для входящих звонков. Кроме того, в связи с особенностями построения ТфОП скорость у обычных коммутируемых модемов не может превысить 64 кбит/с, даже при наличии идеального канала, т.е. при отсутствии каких-либо мешающих факторов, помех в линии и т.п., что ограничивает возможность пользователя получать полноценный доступ к мультимедийной информации. (Мы не обсуждаем абонентские устройства ISDN, поскольку в России слабо развита сеть, работающая по этой технологии, да и домашние пользователи Интернета вряд ли позволят ее себе, невзирая на многие ее преимущества.) К тому же абонент получает доступ в Сеть только во время сеанса связи, что также не всегда удобно.

При рассмотрении коммутируемого доступа в Интернет следует сказать и о сотовых сетях связи, ставших очень популярными благодаря дешевизне и широким возможностям. В 2004 г. по количеству абонентов они превзошли традиционную ТфОП. Их зоны покрытия охватывают значительную территорию России, не говоря уже о Москве и Московской области. В отличие от традиционной телефонии сотовая связь с введением новых стандартов стала активно развиваться и наращивать скорость доступа. Так, уже предоставляется выход в Интернет со скоростью до 171,2 кбит/с (GPRS, General Packet Radio Service). Суть данной технологии заключается в автоматическом выделении не используемых в определенный момент времени каналов, что позволяет оптимизировать загрузку сети. Но скорость передачи по этой технологии не сможет оставаться всегда высокой и будет довольно сильно зависеть от загруженности сети, поскольку телефонные переговоры имеют приоритет над передачей данных. Следующее поколение сотовых сетей - 3G позволит передавать информацию со скоростью до 2 Мбит/с для абонентов, находящихся в помещении, т.е. это уже видео в реальном времени. Для ряда стран, в частности для Японии, 3G уже вчерашний день, так как на очереди стоят стандарты 4G, разрабатываемые с 1998 г. Максимальная скорость, обеспечиваемая с помощью 4G, составит 1 Гбит/с, коммерческий запуск этой сети планируется в 2010 г.

Выход в Интернет через домовую сеть

Проблемы, связанные с коммутируемым доступом, знакомы большинству пользователей, поэтому в Москве стали появляться их сообщества, пытающиеся наладить надежную и высокоскоростную связь с Интернетом своими силами. Результатом их деятельности стало создание локальных домовых сетей на основе Ethernet. Такие сети подключались к интернет-провайдеру по выделенным высокоскоростным каналам, например, с помощью xDSL-модемов. Подобное решение оказалось вполне оправданным, поскольку, во-первых, стоимость выделенного канала зачастую не по карману отдельному пользователю, во-вторых, абоненты одной сети могли обмениваться данными с высокими скоростями, не выходя вовне (игры, обмен файлами, чат), что снижало затраты, и в-третьих, «на всю катушку» использовался внешний канал доступа в Интернет. Локальные сети обычно строятся на базе Ethernet, HPNA, Wi-Fi. Эти технологии имеют низкую надежность, а также не могут работать на расстоянии более нескольких сотен метров (здесь не рассматриваются локальные волоконно-оптические сети). Если для Ethernet приходится прокладывать отдельный кабель, что порой сопряжено с трудностями организации и дальнейшей эксплуатации, то для Wi-Fi желательна прямая видимость. К тому же этот вид сети напрямую зависит от атмосферных явлений. Но указанные недостатки окупаются высокими скоростями внутри сети и незначительностью материальных затрат.

Обычно домовая сеть строится с помощью Ethernet (протокол IEEE 802.3). Для этого используется витая пара, протягиваемая в каждую подключаемую квартиру. В результате пользователь получает доступ в локальную сеть, как правило, без оплаты внутреннего трафика, а при желании и выход в Интернет, но тогда за входящий трафик придется платить. При организации сети такого вида телефон не занят. Кроме того, скорость обмена внутри локальной сети довольно высока, а скорость выхода вовне зависит от числа пользователей, одновременно работающих с Сетью, и конечно же от пропускной способности интернет-канала. В данном случае крупным недостатком следует считать то, что приходится прокладывать дополнительный кабель. Однако существует способ под названием HPNA, позволяющий обойтись без этого.

Разработаны две версии этой технологии - HPNA 1.0 (топология «звезда») и HPNA 2.0 (топология «общая шина»). Первая обеспечивает передачу данных со скоростью до 1 Мбит/с, а вторая - до 10 Мбит/с. Оборудование стандарта HPNA 1.0 подключается параллельно телефонному аппарату. Данную технологию создавали для работы по обыкновенной «лапше». Она не влияет на разговоры между абонентами ТфОП, а также на работу xDSL-устройств, поскольку ее полоса пропускания лежит в пределах 5,5-9,5 МГц (для HPNA 1.0). Тогда, как и в случае подключения к Интернету по xDSL-технологии, при передаче данных через домовую сеть аппарат остается свободным. Для HPNA 2.0 полоса пропускания находится в интервале от 2 до 30 МГц. Способ подключения по второму стандарту несколько отличается от первого варианта. В подъезде по стояку снизу доверху протягивается кабель, к которому и подсоединяются желающие объединиться в домовую сеть. В этом случае скорость 10 Мбит/с распределяется на всех подключенных к «общей шине». Сегмент подъезда может быть подсоединен к конвертеру HPNA/Ethernet, который, в свою очередь, коммутируется в сеть передачи данных. Работающие по описанным технологиям устройства способны эксплуатироваться на расстоянии 150 и 350 м соответственно. Впрочем, допустима и линия длиной до 1 км, но тогда скорость будет в несколько раз ниже. Это объясняется адаптацией приемника к различным уровням помех, а также изменением уровня сигнала в зависимости от характеристик линии. В процессе работы между приемником и передатчиком постоянно происходит согласование, что позволяет снизить требования к среде передачи. В HPNA 2.0 используется также подстройка оптимальной скорости передачи данных в зависимости от изменяющихся характеристик кабеля. Одновременно к одной абонентской линии можно подключать до 32 компьютеров.

Еще одна технология, не требующая дополнительной проводки кабеля при организации домовой сети, называется Wi-Fi. Она строится на ряде протоколов семейства IEEE 802.11, работает на частоте 2,4 ГГц и позволяет передавать данные со скоростью до 11 Мбит/с. Архитектура сети следующая. У оператора организуется точка доступа, где монтируется оборудование, отвечающее за передачу радиосигнала, а у абонента ставится антенна, подключаемая через стандартные интерфейсы к компьютеру. Стоимость ее не превышает 150 долл. Расстояние, на котором будет работать подобное оборудование, колеблется от 100 до 1000 м. К сожалению, Wi-Fi имеет один существенный недостаток - как уже говорилось, желательна прямая видимость, так как существенное влияние на радиосигнал оказывают не только стоящие рядом здания, но и кроны деревьев, которые его рассеивают. Бороться с этим можно лишь усилением мощности передаваемого сигнала (но здесь также есть ограничения), так что лучше всего обеспечить прямую видимость.

Доступ в Сеть через спутниковый канал

Входящий интернет-трафик обычно значительно превышает исходящий от пользователя. С учетом такой асимметрии и строились последние модемные протоколы V.90 и V.92. Человек, работая с Сетью, отправляет туда короткие управляющие пакеты, а в ответ на них получает значительные объемы информации, в частности видео- и аудиофайлы, телевизионное вещание. Поэтому появилось решение, связанное с применением гибридного соединения с Интернетом, где модем через ТфОП передает исходящий трафик, а принимаемый идет через спутниковый канал. Благодаря этому скорость входящих данных многократно возрастает и порой достигает 0,5-2,5 Мбит/с. Принцип работы таков: пользователь через модем выходит на пул провайдера подобных услуг и работает с Сетью через определенный прокси-сервер, принимающий запросы пользователя, а ответы ему направляются через спутник. Затраты по подключению не такие большие, как может показаться. Для получения подобной услуги необходимы модем, антенна, конвертер, DVB-карта. Подобный вариант целесообра-зен для тех, кто находится на большом расстоянии от операторов, предоставляющих доступ к Интернету. Однако при данном способе телефонная линия будет занята. Ниже мы рассмотрим пути решения этой проблемы.

Доступ во Всемирную паутину через сеть КТВ

Существует еще один способ подключения к Интернету - через сеть КТВ. Организовать его можно двумя путями. Первый наиболее прост в реализации и напоминает доступ через спутник. Пользователь звонит по коммутируемой линии сети на модемный пул провайдера, предоставляющего подобную услугу. В дальнейшем запросы посылаются по коммутируемой линии сети, а ответы на них приходят по сети КТВ со скоростью до 56 Мбит/с на кабельный модем пользователя. При втором способе производится двусторонняя работа по телевизионной сети с применением кабельного модема. В этом случае исходящая скорость возрастает многократно, а телефон остается свободным.

Выход в Сеть по выделенному каналу

Наконец, рассмотрим еще один распространенный в Москве способ подключения к Сети, при котором не требуется прокладки дополнительных коммуникаций, а также остается свободным домашний телефон. Он заключается в организации выделенного высокоскоростного соединения между домашним ПК и выбранным интернет-провайдером по уже существующей телефонной проводке с использованием технологии ADSL или VDSL (оборудование ADSL дешевле, и потому соответствующая технология более популярна).

Телефонные разговоры отделяются от передачи данных с помощью сплиттера - частотного фильтра, к которому подсоединяются телефонный аппарат и ADSL-модем. Провайдер также устанавливает подобное оборудование, разделяющее по частотам телефонный разговор и передачу данных со стороны АТС. К компьютеру ADSL-модем подключается через порт USB или сетевую плату (порт Ethernet). Он обеспечивает передачу данных к абоненту со скоростью до 24 Мбит/с, а от него - со скоростью до 2 Мбит/с. (Подобные скорости обеспечиваются стандартами G.992.3, G.992.4, G.992.5, а в жизни используется G.992.1 со скоростью входящего потока до 8 Мбит/с и исходящего - до 1 Мбит/с.) Трафик асимметричен (ADSL), так как в большинстве случаев от пользователя идут управляющие команды, а в ответ он получает интернет-страницы с графикой, аудио- и видеоинформацию. Такое подключение обеспечивает работу на расстоянии более 1 км на максимальной скорости, что обычно удовлетворяет большинство абонентов. В последнее время наметилась тенденция к снижению стоимости данной услуги, и потому она становится более привлекательной для частных лиц. Этому способствует и продвижение ADSL в России.

Доступ в Интернет через электрическую розетку

9 декабря 2004 г. появилась информация о том, что компания «Электроком» планирует задействовать такую коммуникацию, как электросеть, для обеспечения широкополосного доступа в Интернет с использованием технологии PLC (Power Line Communications). Инвестиции для столь грандиозного замысла, предоставленные фондом «Русские Технологии» и компанией Intel Capital, подразделением корпорации Intel, составили 4 млн. долл. Организация домовых сетей на базе такой технологии намечена не только в Москве, но и в других регионах России.

Огромная территория нашей страны опутана электрическими проводами, и для оперативного управления такой сетью необходима связь. Попытки организовать передачу данных по высоковольтным проводам предпринимались и ранее, но ее скорость была мала.

В течение 1997-2000 гг. в этом направлении был совершен основной технологический прорыв, чему способствовали накопленный опыт, а также появление высокоскоростных и дешевых DSP (Digital Signal Processor - цифровой сигнальный процессор). В апреле 2000 г. был создан альянс HomePlug Powerline Alliance, в состав которого вошло немало компаний, в том числе в качестве спонсоров. Это 3Com, AMD, Cisco Systems, Compaq, Conexant, Diamond Multimedia, Enikia, Intel, Intellon, Motorola, Panasonic, Tandy/RadioShack и Texas Instruments. Таким образом был дан мощный толчок дальнейшему развитию и стандартизации передачи данных и голоса по электропроводам. А поскольку началось массовое подключение к Интернету, альянс принял решение о развитии именно этого сегмента рынка. И уже в июне 2001 г. появился первый стандарт HomePlug 1.0, позволяющий использовать электросеть в качестве локальной и подключать к ней различные устройства. Работа в этой сети могла идти со скоростью до 14 Мбит/с, а через специальные шлюзы была реализована возможность выхода в Интернет и ТфОП.

Электрический кабель представляет собой среду, изначально не предназначенную для высокоскоростной передачи данных (когда речь идет о скоростях в десятки мегабит в секунду, то и полоса частот должна быть соответствующей). Процесс затухания сигнала в кабеле показан на рис. 2.

Кроме того, на приведенные значения влияют такие факторы, как материал кабеля (медный или алюминиевый), качество соединения, наличие перехода с одного кабеля на другой. Но даже если все сделано идеально, нужно учитывать различные помехи, создаваемые бытовыми приборами, электроинструментами и промышленным оборудованием. А поскольку электрический кабель не экранирован, то свою лепту в увеличение помех вносят и различные радиостанции.

Непросто было выбрать стандарт для высокоскоростной передачи данных, но все же из множества разнообразных технологий для HomePlug 1.0 было использовано решение Power Packet фирмы Intellon, которое базируется на модифицированном методе модуляции OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - ортогональное частотное разделение каналов с одновременной передачей сигналов на разных несущих). Передача данных с помощью OFDM по сути очень похожа на протокол PEP, применявшийся в модемах, подключаемых к ТфОП. Весь спектр частот (от 4,3 до 20,9 МГц) делится на 84 диапазона, и в каждом из них принимается своя несущая частота, что позволяет осуществлять демодуляцию даже тогда, когда в канале появляется узкочастотная помеха или происходит сильное затухание. При этом пораженный участок временно блокируется, но передача все равно не прекращается. Данная технология передачи помогает подстраиваться под те условия, которые устанавливают службы радионадзора за использованием радиочастот, поскольку неэкранированный электрический кабель может создавать помехи и для радиостанций, и для специального оборудования.

Для борьбы с межсимвольной интерференцией, возникающей при изменении среды передачи (например, при включении какого-нибудь устройства, скажем лампочки, изменяется структура среды не только у вас в квартире, но и у соседей, поскольку они подключены к вашей фазе), было решено увеличить длину посылки вызова и ввести дополнительную микросекундную преамбулу, а кроме того, постоянно отслеживать состояние среды непосредственно перед передачей информации.

В качестве метода был принят множественный доступ в канал с контролем несущей/предотвращением коллизий CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance), так как при подключении к сети компьютеров по технологии «общая шина» необходимо было решать вопрос разделения среды передачи.

Что же дает данная технология? В некоторых городах Западной Европы она практически вытеснила все остальные способы построения локальных сетей и выхода в Интернет. И это было оправданно, так как, в отличие от перечисленных выше решений, не требуется прокладывать дополнительные коммуникации, ведь не бывает домов, где есть ПК, но нет электропроводки. Пользователь подобной услуги наряду с доступом в Интернет получает возможность работы в домовой сети, а также подключения к ТфОП через электропроводку. Ему придется лишь приобрести небольшое устройство, которое свяжет домашний компьютер и телефон с Интернетом и ТфОП. Данные по сети идут по протоколу TCP/IP, для передачи голоса используется технология VoIP, скорость его кодирования составляет обычно 32 кбит/с. А вообще скорость передачи по такой сети на расстояние до 200 м достигает 14 Мбит/с. На организацию сети накладывается еще одно ограничение - подобные устройства должны подключаться лишь к одинаковым фазам, поскольку трансформаторы на подстанциях не пропускают высокочастотных сигналов. Значит, необходимо ставить дополнительные устройства перехода между фазами, но этим должен заниматься оператор, предоставляющий такой сервис. Причем эти устройства потребуются не только для соседних домов, но и для тех подъездов, в которых на квартиры заведены разные фазы (рис. 3 ).

Чтобы эта технология была работоспособна, величина напряжения в сети должна находиться в диапазоне 90-270 В. Стоимость абонентского устройства - около 100 долл. Рассмотренное решение перспективно, но пока не очень распространено в России. Сфера применения данной технологии достаточно широка, она охватывает прежде всего тех пользователей, для которых критичной является скорость подключения и у которых отсутствует сетевая инфраструктура.

Общеизвестно, однако, что прогресс не стоит на месте. И спустя три года вслед за HomePlug 1.0 был утвержден новый стандарт - HomePlug AV (его разработка была завершена в октябре 2004 г., а принят он был 18 августа 2005 г.), позволяющий передавать по той же электропроводке смешанный вид данных: голос, видео, видео с высокой четкостью (HDTV - несколько потоков), данные со скоростью до 200 Мбит/с. Это обеспечивает QoS - Quality of Service (гарантированное качество обслуживания). Чтобы суметь передать данные с такой скоростью по электросети, был изменен частотный диапазон. Он расширился и находится в пределах от 2 до 28 МГц. Для повышения безопасности передаваемых данных стандарт DES был изменен на AES, а также была увеличена длина ключа с 56 до 128 бит. Но тем не менее новый стандарт HomePlug AV обеспечивает совместимость с абонентскими устройствами стандарта HomePlug 1.0. Он использует модуляцию OFDM с расширенным FEC (Forward Error Control), которая позволяет оценивать канал и адаптироваться к нему. Как и в предыдущей спецификации, был выбран множественный доступ с контролем несущей CSMA. Новый стандарт также поддерживает TDMA и FDMA для совместимости с Broadband Over Powerline (BPL). Продажа оборудования, поддерживающего HomePlug AV, уже началась, и будем надеяться, что подобная технология найдет в России своих пользователей.

С Cергеем Владимировичем Мухиным можно связаться по e-mail: [email protected] .

Капля дегтя в бочке меда

Не надо строить иллюзий - с доступностью технологии не все так просто, и в этом я имел возможность убедиться на практике. Прежде всего возникает проблема с дальностью, на которой работает PLC, - она не превышает 300 м. Значит, мы сможем создавать сети лишь для небольших офисов или между квартирами в одном подъезде. Чтобы увеличить дальность связи, придется устанавливать дополнительные регенераторы, из-за чего увеличится стоимость вложений. Кроме того, работающее по данной технологии оборудование еще не сертифицировано. К тому же предлагается целый спектр конкурирующих способов доступа в Интернет, так что технологии выхода в Сеть через электрическую розетку еще предстоит бороться за свое место под солнцем.

Internet - всемирная информационная компьютерная сеть, представляющая собой объединение множества региональных компьютерных сетей и компьютеров, обменивающихся друг с другом информацией по каналам общественных телекоммуникаций (выделенным телефонным аналоговым и цифровым линиям, оптическим каналам связи и радиоканалам, в том числе спутниковым линиям связи).

Информация в Internet хранится на серверах. Серверы имеют свои адреса и управляются специализированными программами. Они позволяют пересылать почту и файлы, производить поиск в базах данных и выполнять другие задачи.

Обмен информацией между серверами сети выполняется по высокоскоростным каналам связи (выделенным телефонным линиям, оптоволоконным и спутниковым каналам связи). Доступ отдельных пользователей к информационным ресурсам Internet обычно осуществляется через провайдера или корпоративную сеть.

Провайдер - поставщик сетевых услуг – лицо или организация предоставляющие услуги по подключению к компьютерным сетям. В качестве провайдера выступает некоторая организация, имеющая модемный пул для соединения с клиентами и выхода во всемирную сеть.

Основными ячейками глобальной сети являются локальные вычислительные сети. Если некоторая локальная сеть непосредственно подключена к глобальной, то и каждая рабочая станция этой сети может быть подключена к ней.

Существуют также компьютеры, которые непосредственно подключены к глобальной сети. Они называются хост - компьютерами (host - хозяин). Хост – это любой компьютер, являющийся постоянной частью Internet, т.е. соединенный по Internet – протоколу с другим хостом, который в свою очередь, соединен с другим, и так далее.

Для подсоединения линий связи к компьютерам используются специальные электронные устройства, которые называются сетевыми платами, сетевыми адаптерами, модемами и т.д.

Практически все услуги Internet построены на принципе клиент-сервер. Вся информация в Интернет хранится на серверах. Обмен информацией между серверами осуществляется по высокоскоростным каналам связи или магистралям. Серверы, объединенные высокоскоростными магистралями, составляют базовую часть сети Интернет.

Отдельные пользователи подключаются к сети через компьютеры местных поставщиков услуг Интернета, Internet - провайдеров (Internet Service Provider - ISP), которые имеют постоянное подключение к Интернет. Региональный провайдер, подключается к более крупному провайдеру национального масштаба, имеющего узлы в различных городах страны. Сети национальных провайдеров объединяются в сети транснациональных провайдеров или провайдеров первого уровня. Объединенные сети провайдеров первого уровня составляют глобальную сеть Internet.

Передача информации в Интернет обеспечивается благодаря тому, что каждый компьютер в сети имеет уникальный адрес (IP-адрес), а сетевые протоколы обеспечивают взаимодействие разнотипных компьютеров, работающих под управлением различных операционных систем.

Под сетевым протоколом называют набор правил, позволяющих осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включенными в сеть компьютерами. Фактически разные протоколы описывают лишь разные стороны одного типа связи, взятые вместе они образуют стек протоколов.

Сетевой протокол TCP / IP является не одним протоколом, а целым набором протоколов работающих совместно. Он состоит из двух уровней. Протокол верхнего уровня TCP отвечает за правильность преобразования данных в пакеты информации, из которых на приёмной стороне собирается послание. Протокол нижнего уровня IP, отвечает за правильность доставки сообщений по указанному адресу.

Сетевой протокол HTTP (Hypertext Transfer Protocol) – является протоколом более высокого уровня по отношению к протоколу TCP/IP – протоколом уровня приложения. Протокол HTTP был разработан для передачи по Интернету web-страниц.

Мы отдаём команды протоколу HTTP, используя интерфейс браузера, который является HTTP-клиентом. При щелчке мышью по ссылке браузер запрашивает у web-сервера данные того ресурса, на который указывает ссылка.

Протокол FTP (File Transfer Protocol) – протокол разработан для передачи файлов по Интернет.

Протокол Telnet предназначен для подключения к удалённому компьютеру как пользователь и производить действия над его файлами и приложениями, точно так же, как если бы работали на своём компьютере.

Telnet является протоколом эмуляции терминала. Работа с ним ведётся из командной строки.

WAP был разработан в 1997 году для того чтобы предоставлять доступ к службам Интернета пользователям беспроводных устройств – таких как мобильные телефоны, пейджеры, электронные органайзеры и др.

Эталонная Модель OSI – это описательная схема сети, её стандарты гарантируют высокую совместимость и способность к взаимодействию различных типов сетевых технологий. Кроме того она иллюстрирует процесс перемещения информации по сетям. Модель OSI описывает, каким образом информация проделывает путь через сетевую среду от одной прикладной программы к другой прикладной программе. По мере того, как подлежащая отсылке информация проходит вниз через уровни системы, она становится всё меньше похожей на человеческий язык и всё больше похожей на ту информацию, которую понимают компьютеры, а именно «нули» и «единицы». Модель OSI делит задачу перемещения информации на 7 уровней. Такое разделение на уровни называется иерархическим представлением.

Каждый уровень модели OSI имеет специальные функции, соответствующие программному обеспечению или устройствам.

1) Физический уровень – это самый нижний уровень системы, который обеспечивает преобразование информации в уровень сигналов, принятый в среде передачи и обратное декодирование.

2) Канальный уровень – отвечает за формирование пакетов стандартного вида. Здесь производится управление доступом к сети, обнаруживаются ошибки передачи и производится повторная пересылка приёмнику ошибочных пакетов.

3) Сетевой уровень Отвечает за адресацию пакетов и перевод имён в сетевые адреса (и обратно), а также за выбор маршрута, по которому пакет доставляется по назначению.

4) Транспортный уровень – устанавливает, управляет и разрывает связь между хостами. Этот уровень также синхронизирует диалог между представительскими уровнями двух хостов и управляет их обменном данных.

5) Сеансовый уровень – отвечает за поддержание сеанса связи, что позволяет приложениям взаимодействовать между собой длительное время.

6) Представительский уровень (уровень представления) – определяет пригодны ли данные, посланные прикладным уровнем одной системы для чтения прикладным уровнем другой системы, если нет определяет и преобразует формат данных в необходимый.

7) Прикладной уровень наиболее близок к пользователю. Этот уровень предоставляет сетевые сервисы (приложения), такие как передача файлов, электронная почта и т.д. Он также управляет все шестью уровнями.

Система доменных имён. Современные пользователи Интернета привыкли к символьным адресам сайтов, например: nic.ru или test.ru. Действительно, такие адреса и набирать проще, и запоминаются они лучше. Технология доменных имён (DNS), благодаря которой функционируют эти символьные адреса, настолько срослась с Интернетом, что абсолютное большинство пользователей вообще не задумываются о ее существовании. А некоторое количество «продвинутых пользователей» вспоминают про DNS только тогда, когда с ней возникают те или иные проблемы.

Между тем, для адресации узлов Интернета используются специальные числовые «коды» – IP-адреса. Система доменных имён как раз служит для выполнения преобразований между символьными и числовыми адресами. Традиционный IP-адрес может быть записан с помощью четырех чисел в десятичной системе счисления, например: 192.168.175.13 или 194.85.92.93. DNS позволяет сопоставить числовой IP-адрес и символьный, например: 194.85.92.93 = test.ru.

При этом символьный адрес в DNS представляет собой текстовую строку, составленную по особым правилам. Самое важное из этих правил – иерархия доменов. Система адресов DNS имеет древовидную структуру. Узлы этой структуры называются доменами. Каждый домен может содержать множество «подчиненных» доменов.

Дерево DNS принято делить по уровням: первый, второй, третий и так далее. При этом начинается система с единственного корневого домена (нулевой уровень). Интересно, что про существование корневого домена сейчас помнят только специалисты, благодаря тому, что современная DNS позволяет не указывать этот домен в адресной строке. Впрочем, его можно и указать. Адресная строка с указанием корневого домена выглядит, например, так: «site.test.ru.» – здесь корневой домен отделен последней, крайней справа, точкой.

Как несложно догадаться, адреса с использованием DNS записываются в виде последовательности, отражающей иерархию имен. Чем «выше» уровень домена, тем правее он записывается в строке адреса. Разделяются домены точками. Разберем, например, строку www.site.nic.ru. Здесь домен www – это домен четвертого уровня, а другие упомянутые в этой строке домены расположены в домене первого уровня RU. Например, site.nic.ru – это домен третьего уровня. Очень важно понимать, что привычный адрес веб-сайта, скажем, www.test.ru, обозначает домен третьего уровня (www), расположенный внутри домена второго уровня test.ru.

Для преобразования имен доменов и IP-адресов в DNS используется распределенная система из специальных серверов. Каждый из серверов обслуживает свой «набор клиентов», выполняя для них преобразования адресов. Среди серверов DNS существует иерархия «доверия» и распределение «зон ответственности»: тот или иной сервер может отвечать за определенный набор доменов. При этом DNS-серверы, входящие в глобальную систему DNS Интернета, связаны между собой и обмениваются информацией по достаточно сложным протоколам. Например, между серверами передаются данные об изменении адресации в той или иной доменной зоне. Все это направлено на обеспечение успешного преобразования всех адресов, входящих в DNS, по запросу от любого компьютера, подключенного к Интернету, где бы этот компьютер ни находился.

Маршрутизация. Передаваемая по сети информация «упаковывается в конверт», на котором «пишутся» Интернет-адреса компьютеров получателя и отправителя, например «Кому: 198.78.213.185», «От кого: 193.124.5.33». Содержимое конверта на компьютерном языке называется Интернет-пакетом и представляет собой набор байтов.

Интернет-пакеты на пути к компьютеру-получателю также проходят через многочисленные промежуточные серверы Интернета, на которых производится операция маршрутизации. В результате маршрутизации Интернет-пакеты направляются от одного сервера Интернета к другому, постепенно приближаясь к компьютеру-получателю.

В Интернете часто случается аналогичная ситуация, когда компьютеры обмениваются большими по объему файлами. Если послать такой файл целиком, то он может надолго «закупорить» канал связи, сделать его недоступным для пересылки других сообщений. Для того чтобы этого не происходило, на компьютере-отправителе необходимо разбить большой файл на мелкие части, пронумеровать их и транспортировать в форме отдельных Интернет-пакетов до компьютера-получателя. На компьютере-получателе необходимо собрать исходный файл из отдельных частей в правильной последовательности, поэтому файл не может быть собран до тех пор, пока не придут все Интернет-пакеты.

Маршрутизация Интернет-пакетов обеспечивает доставку информации от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю. Маршруты доставки Интернет-пакетов могут быть совершенно разными, и поэтому Интернет-пакеты, отправленные первыми, могут достичь компьютера-получателя в последнюю очередь.

Транспортировка данных производится путем разбиения файлов на Интернет-пакеты на компьютере-отправителе, индивидуальной маршрутизации каждого пакета и сборки файлов из пакетов в первоначальном порядке на компьютере-получателе.

Время транспортировки отдельных Интернет-пакетов между локальным компьютером и сервером Интернета можно определить с помощью специальных программ.

Если у вас несколько персональных компьютеров, либо компьютер и ноутбук, и вы хотите, чтобы каждый из них был подключен к сети интернет, то вам необходимо будет организовать локальную сеть, с помощью которой все устройства получат доступ к мировой сети.

Локальная сеть для выхода и глобальную паутину

Для подключения к локальной сети, абсолютно не обязательно использовать стационарный компьютер. К ней возможно также подключить и ноутбук. Далее описываемые действия рассчитаны на программу Windows XP, но их можно те же произвести для любой другой системы.

Для создания домашней сети, прежде всего необходимо специальное оборудование, а в частности, коммутатор и сетевые провода. Ниже на вы можете увидеть фото необходимого оборудования.


Также во все устройства нужно встроить в плату сетевые карты. Она также изображена на фото ниже.


И конечно не одна локальная сеть не может обойтись без самого модема. Он продемонстрирован ниже.


Обратите внимание, что сетевую карту необходимо устанавливать в тот компьютер, который имеет выход в глобальную сеть напрямую. Это компьютер в дальнейшем будет выполнять функцию сервера. Система самостоятельно обнаруживает новое оборудование- сетевую карту и устанавливает нужные драйвера.

После этого подключаем в установленной сетевой карте модем и настраиваем выход в интернет.

Ко второй сетевой карте сервера подсоединяем один конец сетевого кабеля, а второй подсоединяем к коммутатору. Далее сетевые кабели подключаем к сетевым картам стационарных компьютеров или ноутбуков. На рисунке ниже изображено, как это должно выглядеть.


Теперь свободные окончания сетевых кабелей подключаем к коммутатору и подключаем к сети электроэнергии. Можно заметить, что на всех подключенных экранах появились сигналы, которые говорят о готовности подключения кабелей. На фото представлен пример сообщений.


Приступаем к налаживанию непосредственно самой сети. Прежде всего, настраиваем сервер. Заходим в Пуск, выбираем Настройки, затем Панель управления, затем Сетевые подключения.. Переименовываем старую сетевую карту во избежание путаницы в будущем. Далее вы можете увидеть значок переименованной сетевой карты, к которой подключается сетевой кабель. Просматриваем настройки сети. Чтобы сделать это, нажимаем мышкой на значок карты и выбираем пункт меню «свойства». Ниже вы можете увидеть, как это выглядит.


После этого на экране откроется новое окно. название окна — «ЛВС – свойства», так как для примера мы назвали нашу сетевую карту ЛВС. Ниже на фото видно, как выглядит это окно.

Ищем вкладку «Общие» и нажимаем надпись «Протокол Интернета». Либо можно просто выделить данную строчку и нажать «Свойства». Перед вами появится окно под названием «Свойства: Протокол Интернета (TCP/IP)», оно представлено на фото ниже.

Делаем запись Использовать следующий IP-адрес:» активной и присваиваем серверу IP-адрес с помощью модема. Лучше написать следующие цифры: 192.168.0.1. Сохраняем все внесенные изменения, нажав ОК. Проверьте, чтобы у вас все было так же, как и на рисунке внизу.

После этого устанавливаем галочки на двух последних пунктах. Это позволит вам сразу обнаружить отхождение провода по различным причинам. Повторно все сохраняем, нажав ОК. Теперь настройка сервера является выполненной. Приступаем к настройке остального оборудования локальной домашней сети.
Для этого сначала выделяем иконку «ЛВС», как это показано ниже.


После этого нажимаем следующую иконку домика, которая показана ниже.


Перед вами на экране откроется мастер настройки. Он поможет вам оперативно и правильно осуществить настройку. Нажимаем «Далее». Ниже вы видите пример мастера.


Затем появится новое окно, где также нужно нажать «Далее».


В появившемся окне ставим галочку напротив пункта «Другое» и вновь жмем «Далее».


Устанавливаем галочку напротив пункта «Этот ПК является частью сети, которая не имеет выхода в Интернет», и нажимаем «Далее». Появится новое полупустое окно, как на рисунке ниже.


Пропишите имя большими или маленькими английскими буквами и жмем «Далее». В новом окне указываем рабочую группу, как это показано ниже, и вновь жмем «Далее».


На вновь появившейся странице ничего не меняем, оставляем ее без изменений.


А вот здесь уже нужно будет внести все данные, которые вы ранее использовали для настройки локальной сети. Если вы считаете, что ошиблись на одном из пунктов, всегда можно вернуть назад и ликвидировать ошибки. Если вы считаете, что все в порядке идем «Далее».


Ставим точку напротив пункта «Завершить работу мастера».


В новом окне нажимаем пункт «Готово» и перезагружаем компьютер.


Аналогичным образом настраиваем сетевые карты оставшихся компьютеров вашей локальной сети, которые не являются серверами. Единственное отличие, которое вы встретите при работе — это имя каждого оборудования. Имена сетевых карт должны быть отличными друг от друга.

Как демонстрирует рисунок, представленный ниже, на новом оборудовании у нас установлены другие данные. Прописываем все так же, как изображено ниже.

После этого заполняем «Протокол Интернета» для следующего оборудования. Заполняем его также в соответствии с представленной ниже иллюстрацией.


Как вы видите, данные вводятся одни и те же. После этого наша локальная сеть является настроенной. Настраиваем сетевую карту, которая имеет подключение непосредственно к модему.

Наиболее распространенные схемы подключения мобильных пользователей локальных и небольших корпоративных сетей к глобальной сети интернет с использованием технологии Ethernet представлены на рисунке 1.6 -- 1.8.

На рисунке 1.6 показано подключение мобильных пользователей (ноутбуки и КПК) к локальной сети Ethernet при помощи точек доступа. Сеть Ethernet может иметь файловый сервер и сервер печати. Интернет-сервер с функциями прокси-сервера и брандмауэра соединен с маршрутизатором. При помощи маршрутизатора осуществляется соединение с провайдером сети интернет.

На рисунке 1.7 показано интернет-соединение пользователей локальной или корпоративной сети при использовании компьютера, который подключен к сети интернет. Подключение может осуществляться при помощи модема, выделенной линии, адаптера или маршрутизатора. Этот компьютер должен находиться во включенном состоянии во время возможной работы любого

Рисунок 1.6 - Выход в интернет при помощи интернет-сервера пользователя сети.

Если на компьютере установлена операционная система Windows ХР, то должно быть запущено приложение NAT (Network Address Translation -- трансляция сетевых адресов). При этом используется методика ICS (Internet Connection Sharing -- общий доступ к интернет-соединениям), позволяющая при помощи одного компьютера выходить в сеть интернет нескольким компьютерам.

Рисунок 1.7 - Выход в интернет при помощи модема, адаптера или маршрутизатора

На рисунке 1.8 показано подключение к провайдеру сети интернет при помощи маршрутизатора. В этом случае отпадает необходимость в использовании постоянно включенного компьютера.

Рисунок 1.8 - Выход в интернет при помощи маршрутизатора

На рисунке 1.9 показано подключение отдельного компьютера к провайдеру сети интернет при помощи модема, кабельной линии, адаптера или маршрутизатора.

Рисунок 1.9 Выход в интернет при помощи модема, адаптера или маршрутизатора

Характеристика основных типов локальных сетей

Таблица 1.1 - Характеристики основных типов локальных сетей

Характеристики основных типов локальных сетей приведены в табл. 1.1.

В табл. 1.1 для сравнения с беспроводными сетями приведены характеристики проводной сети стандарта Fast Ethernet 100 Мбит/с. Для этой сети характерным является возможность работы в полудуплексном режиме (передача данных ведется в обоих направлениях, но попеременно во времени), необходимость использования концентраторов или коммутаторов для совместной работы более двух компьютеров, максимальное удаление взаимодействующих компьютеров 100 м. Сеть также характеризуется невысокой стоимостью применяемого оборудования.

Беспроводные сети характеризуются малым сроком установки, быстротой развертывания и свертывания сети, отсутствием медных проводов для прокладки сети, отсутствием необходимости в монтажных работах по прокладке кабеля (нарушение стен, сверление отверстий и др.).

Сети стандарта IEEE 802.1 lb являются в настоящее время наиболее распространенными среди беспроводных локальных сетей. Стоимость их оборудования приближается к стоимости проводных сетей. Недостатком является невысокая скорость передачи данных, которая не превышает 11 Мбит/с. Однако расширение этого стандарта 802.11Ь+ уже позволяет передавать данные со скоростью 22 МБит/с. Стандарт поддерживает архитектуру как одноранговых сетей, так и сетей с фиксированной структурой, у которых весь трафик проходит через точку доступа (режим Infrastructure Mode).

Оборудование сетей нового стандарта 802.11g совместимо с оборудованием сетей стандартов 802.11b/b+. Любое устройство, поддерживающее стандарт 802.11g, будет работать и в сетях стандартов 802.11b/b+, а устройства стандартов 802.11b/b+ будут работать в сетях стандарта 802.11g. Стандарт предусматривает максимальную скорость передачи данных 54 Мбит/с, а расширения этого стандарта 802.11g+, 108 МБит/с, Turbo Mode, Super G, Nitro ХМ могут обеспечить максимальные скорости от 108 до 140 МБит/с.

Сети стандарта 802.11а по скорости обмена данными сопоставимы с проводными сетями. Их максимальная скорость составляет 54 Мбит/с. Использование нового оборудования, как сетевая карта Proxim Harmony 802.11a CardBus Card, позволяет повысить скорость обмена данными в два раза и сравняться со скоростями обмена данными в проводных сетях. Ниже приведено время в минутах на передачу файла объемом 700 Мбайт по сетям различных стандартов.

Время на передачу файла по различным сетям, кроме Bluetooth, оказалось вполне приемлемым. Сети Bluetooth из-за малого быстродействия нецелесообразно применять в качестве транспортной среды для передачи данных. Их целесообразно использовать для синхронизации контактов между различными PDA и ПК, КПК, ноутбуками.

Как правило, при разработке сети необходимо предусмотреть взаимодействие ее с Internet. При этом необходимо выбрать соответствующие средства. Прежде всего, это касается выбора канала связи – аналогового или цифрового. Иногда предусматривается использование для этих целей нескольких каналов. Этот выбор зависит от того, какого рода трафик будет передаваться по этим каналам:

Электронная почта,

Небольшие файлы,

Большие файлы,

Обмен запросами и ответами с базой данных архитектуры «клиент – сервер» (сравнительно небольшой трафик),

Информация из файлов базы данных, которые хранятся на удаленном сервере и обрабатываются на компьютере – клиенте (как правило, очень интенсивный трафик).

Основываясь на этой информации, определяют приблизительную пропускную способность, которая необходима для разрабатываемой сети:

• Менее 56 Кбит/с;
• 56/64 Кбит/с
• 128 Кбит/с
• 256 Кбит/с
• 1 Мбит/с
• более 1 Мбит/с.

Далее следует выяснить, какие каналы доступа к глобальным сетям существуют в регионе расположения проектируемой сети (их тип и пропускная способность) и какой провайдер предлагает лучшее соотношение цена – производительность.

В качестве каналов доступа в зависимости от требуемой скорости передачи используют аналоговые или цифровые каналы. Наиболее часто применяются следующие каналы:

· каналы на аналоговых модемах коммутируемых и выделенных телефонных линий – скорость до 56 Кбит/с;

· передача по абонентской линии телефонной сети в цифровой форме с использование технологии xDSL (ADSL – скорость до 6,1 Мбит/с; HDSL – 2,048 Мбит/с);

· линии сетевой технологии ISDN со скоростью 64 Кбит/с – 2048 Кбит/с;

· цифровые каналы иерархии PDH (DS0 – DS4s) со скоростями 64 Кбит/с – 144 Мбит/с;

· цифровые каналы иерархии SONET/SDH (OC1 – OC24) со скоростями 51,48Мбит/с – 1,244 Гбит/с;

6.2.2. Разработка возможных вариантов конфигурации ЛВС

Разработку возможного варианта конфигурации ЛВС следует начинать с создания общего плана сети, оформленного как таблица конфигурации. Представленная в таблице 2 конфигурация широко распространена при установке сетей, где количество пользователей не превышает 50 человек. Эта стандартная конфигурация подходит для большинства случаев проектирования сетей и проста в реализации. В курсовом проекте следует создать свою конфигурацию сети в соответствии с конкретным заданием.

Таблица 2. Распространенная конфигурация ЛВС

При разработке возможных вариантов конфигурации сети следует помнить, что они должны быть составлены на основе требований, сформулированных для выполнения функций информационной системы в заданной предметной области, и должны удовлетворять условию совместимости аппаратных и программных средств.

Для анализа вариантов составляется таблица, аналогичная таблице 2, в которой приводятся характеристики 2 - 3 вариантов конфигурации локальной вычислительной сети.

Оценка различных вариантов архитектуры ВС производится с системных позиций по основным критериям: стоимость, быстродействие, надежность, информационная безопасность. Далее производится выбор наилучшего варианта по основным критериям. При этом в зависимости от установленных целей проектирования вычислительной сети выбирается один главный критерий эффективности достижения цели, а остальные критерии учитываются в качестве ограничений.

Например, возможна следующая постановка задачи оптимизации: обеспечить минимальную задержку передачи сообщений в сети при выполнении установленных ограничений на значения показателей надежности сети, стоимости сети.

Для решения поставленной задачи могут использоваться известные методы решения задачи выбора. Такими методами являются: метод анализа иерархий Саати, метод взвешивания , метод ветвей и границ .При решении задачи выбора в качестве исходных данных могут использоваться как числовые характеристики, так и качественные экспертные оценки.

Можно качественно определить степень предпочтений пользователя при оценке качества и важности услуг ВС, используя для этого лингвистические переменные, приведенные в таблице 3.

Таблица 3. К оценке качества и важности услуг ЛВС

В качестве инструментального средства для решения задачи выбора конфигурации можно использовать пакет программ Logical Decision.